Motor termomagnético acionado por energia solar fundamentada no princípio de Curie

Abstract

Brazil has great potential to use solar energy because of its dimensions and location. In order to benefit from this energy availability, this work aims build a rotary thermomagnetic motor based on the Curie wheel principle. This motor consists of a thermomagnetic hoop partly subject to magnetic fields. Where the field is applied the thermomagnetic material undergoes a thermomagnetic transition, becoming paramagnetic. The change is due to a flow of hot water heated by solar energy inside the thermomagnetic material. The heat exchange between hoop and the flow of hot water increasing the temperature of the hoop, the magnetization of thermomagnetic materials depends upon the temperature, the heated region stops being attracted to the field and the part still cold of the hoop is attracted by magnetic forces, this way the motor shaft rotates. CAE (Computer-Aided Engineering) tools were used in the design of the prototype, assisting in the development and improvement of the system. With the use of CFD (Computational Fluid Dynamics) tools the heat exchange and fluid flow were studied, and CEM (Computational Electromagnetic) tools were used for the studies of the magnetic interactions. This work contains the results obtained experimentally and by simulations regarding the thermomagnetic motor.

O território brasileiro, devido à sua dimensão continental e localização geográfica equatorial, possui grande potencial para utilização de energia solar. Com objetivo de tirar proveito dessa disponibilidade energética, este trabalho tem por objetivo construir um protótipo de motor termomagnético do tipo rotativo e fundamentado no princípio da roda de Curie. Tal motor possui um aro de material magneético que gira em torno de um eixo de simetria com orientação normal ao plano do eixo do motor, parte deste aro é submetida a um campo magnético, então fornece-se calor, proveniente de jatos de água aquecida por energia solar, a região de maior intensidade de campo, nessa região o material sofre uma transição de fase, tornando-se paramagnético, uma outra parte do aro, ainda magnética, é atraída para dentro da região de maior intensidade de campo devido à força magnética tangencial ao aro, o produto entre esta força e o raio do aro provê torque ao eixo do motor. O resfriamento da parte da roda que deixa a região de campo magnético é efetuado por jatos de água com temperatura ao redor da temperatura ambiente. Para o desenvolvimento do protótipo foram utilizadas ferramentas de CAE (Computer-Aided Engineering) com o objetivo de auxiliar no desenvolvimento e no aprimoramento do sistema. Realizaram-se estudos de escoamento de fluidos e de troca de calor pela metodologia de CFD (Computational Fluid Dynamics) e estudos de interações magnéticas pelo método de CEM (Computational Electromagnetic) com a finalidade de caracterizar e otimizar o protótipo. O estudo aqui apresentado contem resultados obtidos experimentalmente e por meio de simulações computacionais, e através desses resultados foi possível caracterizar e propor melhorias no sistema estudado.