Breve descrição da Turbina de Levitação e Propulsão Eletromagnética (Turbina LPEM)

A Turbina de Levitação e Propulsão Eletromagnética é uma máquina de movimento perpetuo, sua função é gerar eletricidade usando eletroímãs que fazem levitar una turbina e a seção do rotor (eixo) de um gerador de eletricidade, desta forma se neutralizam as forças de gravidade e a fricção.

Esta máquina é capaz de gerar grandes quantidades de energia elétrica sem depender de nenhuma fonte energética natural ou artificial (energia eólica, energia hidráulica, energia solar, energia atômica de fissão nuclear, etc.), de fato somente utiliza uma parte da energia elétrica que ela mesma produzirá.

Nesta máquina em particular, os eletroímãs usam eletricidade para ativar-se, se utiliza eletricidade para gerar eletricidade, dizendo de outra forma, aqui a chave é gerar grandes quantidades de eletricidade usando uma quantia muito pouca de eletricidade, uma quantidade significantemente minúscula.

Isto é possível, devido por um lado à levitação da turbina que neutraliza a força da gravidade e da fricção, e por outro lado ao armazenamento da eletricidade que excitaria estes eletroímãs em baterias. A energia elétrica utilizada pelos eletroímãs significaria, em teoria, menos dos 3% do total da energia elétrica produzida pelo gerador (alternador ou dínamo). Uma vez que as baterias devem ser recarregadas, o sistema deverá estar conectado às linhas de distribuição de eletricidade da mesma turbina, dizendo em outras palavras, se alimentará eletricamente de sua mesma produção energética.

Neste sistema não se perde energia por calor porque não há superfícies em contacto, a única energia pedida seria o calor produzido pela excitação dos eletroímãs, pero esta energia perdida seria irrelevante comparado à energia que produzirá o sistema, alem do mais devemos recordar que este sistema não depende de um processo termoelétrico, senão de processos eletromagnéticos e mecânicos; a energia mecânica originada pela propulsão giratória (eletromagnética) do rotor do gerador (alternador ou dínamo) transformará essa energia em eletricidade...

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Tecnologias de Levitação Magnética...

As variações da tecnologia de sistemas de levitação magnética são três especificamente:

1. Tecnologia de ímãs permanentes. PMS (Permanent Magnetic System) ou Inductrack.
2. Suspensão Eletrodinâmica. EDS (ElectroDynamic Suspension)
3. Suspensão Eletromagnética. EMS (ElectroMagnetic Suspension)

A tecnologia a utilizar para construir uma Turbina LPEM dependerá em grande parte das decisões dos fabricantes e a relação entre custo e beneficio.

Para este projeto tem-se considerado tanto ao sistema EMS (Suspensão Eletromagnética) desenvolvido pela Transrapid Internacional, por ser altamente eficiente em termos de uso de energia, como também ao sistema de ímãs permanentes (PMS ou Inductrack).

O sistema EDS como no caso dos supercondutores utilizados pela tecnologia japonesa de levitação magnética necessita um sistema de esfriamento por nitrogênio líquido ou helio, isto converte-o em um sistema mais oneroso que os outros dois mencionados.

Recentes investigações estadunidenses sobre a tecnologia de ímãs permanentes (Inductrack) têm permitido de que ímãs permanentes com ligações de neodímio, ferro e boro sejam suficientemente poderosos como para que a força magnética produzida seja capaz de mover (fazer levitar) o peso de um trem carregado com estes ímãs o que permitiria que esta tecnologia também pudesse ser utilizada para a construção de uma Turbina de Levitação e Propulsão Eletromagnética.

EMS (Suspensão EletroMagnética)

Usando o sistema EMS e os dados anteriores sobre os veículos MAGLEVs e seu correspondente potencial energético pode-se inferir que este sistema de levitação magnética diminuiria notavelmente a energia consumida em um sistema ideal de movimiento perpetuo, os valores podem ser inferiores aos 3%. A tecnologia EMS pode fazer levitar 15 toneladas sem que isto afete à aceleração (propulsão giratória do sistema), isto o faz um sistema com grande potencial energético.

Analisando os dados se deduz o seguinte:

Para mover uma turbina de um metro de diâmetro a uma velocidade de 400 km/h tem se em conta a distancia a ser recorrida pelo sistema.

A Fórmula Perímetro = π por Diâmetro nos indica que o valor do perímetro (de uma circunferência) surge de multiplicar o valor de Pi (3,14) pelo valor do diâmetro.

1 metro por 3,14 é igual a 3,14 metros

Para obter a velocidade de rotação aplicaríamos a seguinte operação matemática, tendo em conta que 400 km/h é igual a 6666,67 metros por minuto. Isto nos daria por resultado a velocidade de rotação (revoluções por minuto; rpm) tendo em conta que o movimento é circular e uniforme..

6666,67 metros por minuto / 3,14 metros = 2123,14 rpm

Dedutivelmente pode-se calcular que para certo número de revoluções por minutos (rpm) girando um rotor de um metro de diâmetro é igual a uma certa velocidade em km/h.

Para chegar a umas 3000 rpm se necessitaria uma velocidade de 9420 m/min o que representa 565 km/h..

À velocidade de 1200 km/h uma turbina de um metro de diâmetro giraria a mais de 6000 rpm.


Descrição detalhada da Turbina de Levitação e Propulsão Eletromagnética (Turbina LPEM)



Figura Nº 3: Partes e principio de funcionamento do sistema da Turbina de Levitação e Propulsão Eletromagnética (Turbina LPEM). Vista lateral transversal.

1. Seção levitada ou suspendida, área para o albergue das baterias.
2. Compartimentos aerodinâmicos para o albergue das baterias.
3. Baterias que alimentaram eletricamente aos eletroímãs de suporte (levitação) na seção levitada.
4. Sistema de alimentação (cabos) elétrica que transporta a energia aos eletroímãs de suporte na seção levitada.
5. Eletroímãs de suporte (tipo estator; para criar a levitação da seção suspendida)
6. Eletroímãs de suporte na seção imóvel (tipo rotor; responsáveis da levitação, da aceleração e paralisação da seção móvel)
7. Geradores colocados entre as seções para recarregar as baterias da seção levitada.
8. Estrutura de suporte; seção imóvel.
9. Seção de conexão entre o eixo da turbina e o rotor (eixo) do gerador de eletricidade.
10. Sistema de alimentação (cabos) elétrica que transporta a energia aos eletroímãs guias e os de suporte na seção imóvel, conectado a um inversor de corrente continua / alterna ou diretamente às baterias ou uma fonte de corrente alterna.
11. Eletroímãs guias (encarregados de manter em um lugar fixo o eixo da turbina e evitar possíveis roces com a parede interna da seção imóvel)
12. Gerador (alternador ou dínamo) de eletricidade.
13. Inversor de corrente continua/alterna conectado às baterias.
14. Baterias conectadas a uma fonte de energia de corrente alterna para recarregar-las constantemente.
15. Sistema de alimentação elétrica conectado às linhas de distribuição para recarregar as baterias.
16. Anéis coletores da energia produzida pelo gerador de eletricidade.

Detalhamos aqui, parte do principio de funcionamento da Turbina LPEM

O peso da turbina e a seção do rotor do gerador de eletricidade são neutralizados pela força de levitação dos eletroímãs de suporte colocados entre a seção levitada ou suspendida e a seção imóvel ou de suporte (Figura Nº 3; itens 1 e 8). Este sistema é capaz de fazer levitar 15 toneladas sem que isto afete à aceleração (propulsão giratória da turbina), isto o faz um sistema com grande potencial energético.

A levitação também suprime a fricção (contacto entre superfícies). Devido a isto, a energia para fazer girar o rotor de um gerador é mínima. E será necessário somente 4,7 kWh para gerar uma força suficiente para fazer girar o eixo da turbina a mais de 2.000 rpm, transferindo essa energia mecânica ao rotor do gerador de eletricidade (Figura Nº 3; item 9) se produziram enormes quantidades de energia, com uma potencia próxima ou superior a 150 MW, o que superaria ás prestações de turbinas eólicas atuais e se igualaria al rendimento das turbinas termoelétricas.

O sistema de alimentação elétrica (Figura 3; item 10) que transporta a energia desde o inversor de corrente continua/alterna conectado às baterias até os eletroímãs de suporte da seção imóvel pode ser substituído diretamente por uma fonte de corrente alterna proveniente das linhas de distribuição una vez que a turbina teve começado a produzir energia elétrica. Devemos considerar que, no caso de uma central elétrica, a primeira turbina poderá subministrar suficiente energia (corrente alterna) para ativar os eletroímãs de suporte das demais turbinas.

Para recarregar as baterias da seção imóvel ou de suporte o sistema deverá estar conectado às linhas de distribuição e eletricidade da mesma turbina, em outras palavras, se alimentará eletricamente de sua mesma produção energética, pero aqui deve fazer se uma observación importante. O inversor de corrente continua/alterna (Figura 3; item 13) só será necessário quando não exista ainda produção de energia elétrica por parte do sistema da Turbina LPEM. O inversor é usado para gerar a corrente alterna para provocar a propulsão giratória de seção levitada. À medida que aumenta a freqüência da corrente alterna aumenta a velocidade de rotação da turbina. Por isso, ao contar com uma produção de energia elétrica, o sistema de alimentação elétrica poderá estar conectado diretamente às linhas e distribuição de energia, dispensando às baterias e ao inversor de corrente alterna (Figura 3; itens 13 y 14).

Se observan que os eletroímãs excitados (Figura 3; item 5) mediante energia elétrica provenientes de baterias neutralizam as forças de gravidade e a fricção, desta forma o peso da turbina e a seção do rotor de um gerador de eletricidade é igual a zero. A este tipo de eletroímãs são denominados estator, e funcionam da mesma maneira que em una dínamo, criando um campo eletromagnético (norte e sul).

Os eletroímãs encarregados da levitação (Figura 3; item 6) são capazes mediante a indução de corrente elétrica provocar a inversão dos pólos (norte e sul) e criar de estar maneira a propulsão ou o movimento circular da turbina e por conseguinte fazem girar o eixo da turbina conectada ao rotor do gerador, o qual gera a eletricidade.

Para um melhor desempenho, o motor circular estará dividido em certo número de seções, isto evitará ter una seção inteira do motor circular acesa todo o tempo. Desta maneira cada seção se ativará por certo tempo, logo se ativaria a seguinte e se desconectaria a anterior e assim seguidamente até completar um período de 24 horas.

As baterias (Figura 3; item 3) que alimentara eletricamente aos eletroímãs de suporte (levitação) na seção levitada serão recarregados a través de geradores integrados entre os eletroímãs de suporte da seção imóvel (Figura Nº 3; item 7)
 
As flechas azuis indicam o movimento circular (giratório) da turbina e do rotor (bobinas) do gerador de eletricidade.

Produção de Eletricidade

Se tivermos em conta o rendimento específico de outras turbinas, como as de vapor e hidráulicas, os valores estimados se deduziriam do seguinte:

Turbina de vapor da Central Termoelétrica a Carvão de Guacolda no Chile
Potencia Nominal: 152 MW
Velocidad do Rotor: 3.000 rpm
Quantidade de MW por ano: 1.331.520 MWh por ano = 1.331 GWh/ano

Turbina de vapor da Central Costanera de Argentina (Unidade Nº 7)
Potencia Nominal: 310 MW
Velocidad do Rotor: 3.000 rpm
Quantidade de MW por ano: 2.715.600 MWh por ano = 2.715 GWh/ano

Dados da Hidroelétrica “Yacyretá” Binacional
Turbina tipo Kaplan
Potencia nominal: 154 MW
Potencia máxima: 160 MW
Tensão nominal: 13,2 Kv
Velocidade de rotação: 71,4 rpm
Diâmetro do rotor: 16,0 m
Quantidade de MW por ano de uma turbina trabalhando com Potencia Máxima: 1.401.600 MWh por ano = 1.401 GWh/ano

Tendo em conta estes dados, podemos inferir que a potencia de uma Turbina LPEM estaria entre a ordem dos:

152 MW, 310 MW ou incluso superior com uma velocidade de rotação de 3000 rpm.

Como se tem observado nos exemplos citados, a produção de energia (em kWh) de uma turbina esta determinada pelos tipos de geradores (alternadores ou dínamos) usados nas centrais hidroelétricas ou termoelétricas que convertem a velocidade de rotação (rpm) em eletricidade. Por isso, é recomendável que para melhor aproveitamento da velocidade de rotação da Turbina LPEM sejam usados os geradores de eletricidade que não possuem fricção, em donde os ímãs (permanentes o eletroímãs) criam um campo magnético capaz de sustentar às bobinas, pero devemos recordar que os eletroímãs de suporte são capazes de fazer levitar hasta 15 toneladas de peso, é dizer o próprio peso da seção levitada mais a seção do rotor do gerador de eletricidade, em outras palavras, o rotor praticamente penduraria da seção levitada a través do eixo principal que conecta estas duas partes do sistema. (Veja Figura 2; item 9)

A modo de exemplo se faz as seguintes estimações:

Utilizando os valores das turbinas termoelétricas que funcionam a 3.000 rpm, podemos estimar que o gasto de energia da Turbina LPEM seria de 2 MW, com o qual estaríamos exagerando ou sobreestimando a quantidade de energia gastada pelo sistema.

Uma turbina da Central Termoelétrica de Guacolda no Chile funciona a 3.000 rpm com uma potencia de 152 MW (Mega Vatios por hora), supondo que a Turbina LPEM tenha esta mesma potencia, deduziríamos o seguinte:

Turbina LPEM:
Potencia Nominal: 152 MW
Produção de Energia por Ano: 1.331.520 MW
Gasto de Energia: 2 MW
Gasto de Energia por Ano: 17.520 MW
Produção de Energia Efetiva por Ano: 1.314.000 MW
Relação de Energia Produzida versus Energia Consumida: 1,32%
 
Utilizando outro exemplo de turbina, como o da Central Costanera da Argentina que funciona a 3.000 rpm com uma potencia de 310 MW (Mega Vatios por hora), supondo que a Turbina LPEM tenha esta mesma potencia, deduziríamos o seguinte::

Turbina LPEM:
Potencia Nominal: 310 MW
Produção de Energia por Ano: 2.715.600 MW
Gasto de Energia: 2 MW
Gasto de Energia por Ano: 17.520 MW
Produção de Energia Efetiva por Ano: 2.698.080 MW
Relação de Energia Produzida versus Energia Consumida: 0,65%

Vantagens de uma Turbina de Levitação e Propulsão Eletromagnética (Turbina LPEM)

A tecnologia de levitação magnética permite desenvolver altas velocidades (rpm) devido à supressão de peso y fricção, isto representa um alto potencial energético, alta eficiência no consumo de energia, impacto ecológico reduzido e é independente dos combustíveis fosseis, é um sistema que não produze resíduos perigosos ou poluentes. É o sistema ideal para a criação de energia, em todo sentido.

Esta máquina de movimento perpetuo és capaz de gerar grandes quantidades de energia elétrica sem depender de nenhuma fonte energética natural o artificial (energia eólica, energia hidráulica, energia solar, energia atômica de fissão nuclear, etc.), de fato somente utiliza uma parte da energia elétrica que ela mesma produzirá.

O sistema só utiliza energia elétrica para produzir mais energia, una vez ativado se retro alimentará a sim mesmo, consumirá a energia necessária para seu funcionamento proveniente de sua própria produção.

Tendo em conta a quantidade de poluição que se gera por a queima de combustíveis fósseis, de carvão ou gás natural para gerar eletricidade, esta tecnologia se convertera em uma aliada para reduzir o alto índice de contaminação a nível global e as catastróficas conseqüências do efeito estufa derivado do aquecimento global.

Outra grande vantagem deste sistema é que pode ser detido para manutenção, obviamente se deve contar com uma unidade de reserva ou substituta para que a outra possa sair de operação.

Observações:

Os valores das dimensiones da Turbina LPEM são a modo de referencia e serviram a este projeto para a estimação das variáveis de energia utilizada pelo sistema e a energia produzida pelo mesmo.

A quantidade estimada de energia utilizada pelo sistema poderia estar subestimada, os valores reais poderiam ser maiores, mas da mesma forma, a quantidade de energia produzida pelo sistema também está subestimada, os valores reais poderiam ser extraordinariamente maiores, a qual não afeta à proporção de relação entre a energia usada versus a energia produzida, este sistema sempre produzirá mais energia da que consome. A proporção desta relação poderia estar debaixo dos 3%, mas ainda que no hipotético caso que este sistema consuma o 50% de sua energia produzida, isto não o invalidaria como una máquina de movimento perpetuo ideal, já que a energia produzida não depende de nenhuma outra fonte energética.

PMS (Permanent Magnetic System) Tecnologia de ímãs permanentes ou Inductrack

Figura Nº 04: Variação da Turbina de Levitação e Propulsão Eletromagnética (Turbina LPEM) usando tecnologia de ímãs permanentes (Inductrack). Vista lateral do corte transversal.
 

1. Turbina (seção levitada)
2. Ímãs permanentes colocados aos lados do perímetro circular na seção levitada.
3. Ímãs permanentes colocados ao largo do perímetro circular na parede interna da estrutura de suporte (seção imóvel)
4. Ímãs permanentes colocados debaixo da turbina (seção levitada)
5. Ímãs permanentes colocados debaixo da turbina (seção imóvel)
6. Sistema Elétrico (corrente indutora).
7. Seção imóvel, estrutura de suporte.
8. Abertura circular para colocação do eixo da turbina.
9. Eixo da turbina que se conecta ao eixo (rotor) do gerador de eletricidade.
10. Inversor de corrente continua/alterna conectado às baterias.
11. Baterias conectadas a una fonte de energia alterna.
12. Sistema de alimentação elétrica conectado às linhas de distribuição de energia elétrica.
13. Sistema coletor e de transporte da energia elétrica produzida às linhas de distribuição.
14. Gerador (alternador o dínamo) de eletricidade.

Uma Turbina LPEM usando tecnologia PMS ou Inductrack não necessita energia elétrica para a levitação da turbina, pois os ímãs são permanentes, mas precisa de uma fonte de corrente elétrica alterna para o motor de propulsão, no outro caso, uma Turbina LPEM usando o sistema EMS (Suspensão Eletromagnética) necessita energia para ativar tanto os eletroímãs de levitação como os de propulsão.

No sistema PMS (Permanent Magnetic System; Sistema de Ímãs Permanentes) se dispõem os pólos similares de modo que opere por forças repulsivas e de tal modo que se cancelam todo magnetismo dirigido ao lado oposto.

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