Motores termomagneticos, linear e rotativos, acionados por energia solar
Data
2013-01-08
Autores
Ferreira, Lucas Diego Rodrigues 
Orientadores
Silva, Isaias da
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
This dissertation presents a study for the improvement and optimization of thermomagnetic motors of the linear reciprocating type and variable reluctance rotative type. The operating principle of such motors is the changing of the magnetic state presented by certain materials when heated above its Curie temperature (Tc). The motors were built with thermomagnetic materials with Tc around 50° C, allowing for the use of water heated in flat plate solar panels (with temperatures around 80° C) as a source of energy for conversion into mechanical energy. Analyses were performed in order to identify ways in which the power and performance of these motors can be improved. Computational simulations were performed in order to analyze: i) the thermal exchange between the magnetic materials and working fluids, through computational fluid dynamics simulation (CFD), ii) the force produced by the interaction between the magnetic materials and the motor permanent magnets arrangement, using computational electromagnetics simulation (EMC) and iii) the dynamics of the motor operation, using multi-bodies dynamics simulation (MBD). Some experiments and analysis were performed on prototypes of the motors with settings similar to those simulated, allowing the comparison between the computational results and the experimental data, and with it validating the computational models developed. Finally, some changes are proposed to the constructed prototype and ideal parameters defined for the construction of more efficient thermomagnetic motors, capable of converting the thermal energy obtained from solar energy into useful mechanical energy.
Esta dissertação apresenta um estudo para o aperfeiçoamento e a otimização de motores termomagnéticos denominados de linear reciprocativo e rotativo por relutância variável. Tais motores têm por princípio de funcionamento o efeito de mudança do estado magnético, apresentado por alguns materiais, quando aquecidos acima da temperatura de Curie (Tc). Para os motores termomagnéticos construídos foram usados materiais com Tc em torno de 50°C, possibilitando a utilização de água aquecida em painéis solares planos (com temperaturas em torno de 80°C) como fonte de energia para conversão em energia mecânica. Foram realizadas análises buscando identificar maneiras pelas quais a potência e o rendimento de tais motores possam ser melhorados. Para isto foram realizadas simulações computacionais para se analisar: i) a troca térmica entre o material magnético e o fluído de trabalho, utilizando simulação computacional fluidodinâmica (CFD); ii) a força produzida pela interação entre os materiais magnéticos e o conjunto de ímãs do motor, utilizando simulação computacional eletromagnética (CEM) e iii) a dinâmica do funcionamento do motor, utilizando simulação de sistemas de multicorpos (MBD). Foram então realizados experimentos e análises em protótipos dos motores com configurações semelhantes às simuladas, permitindo a comparação entre os resultados numéricos dos modelos computacionais e os resultados experimentais, validando com isto os modelos computacionais desenvolvidos. Finalmente são propostas alterações nos protótipos construídos e definidos parâmetros ideais para a construção de motores termomagnéticos mais eficientes e capazes de converter a energia térmica obtida por painéis solares planos em energia mecânica útil.
Esta dissertação apresenta um estudo para o aperfeiçoamento e a otimização de motores termomagnéticos denominados de linear reciprocativo e rotativo por relutância variável. Tais motores têm por princípio de funcionamento o efeito de mudança do estado magnético, apresentado por alguns materiais, quando aquecidos acima da temperatura de Curie (Tc). Para os motores termomagnéticos construídos foram usados materiais com Tc em torno de 50°C, possibilitando a utilização de água aquecida em painéis solares planos (com temperaturas em torno de 80°C) como fonte de energia para conversão em energia mecânica. Foram realizadas análises buscando identificar maneiras pelas quais a potência e o rendimento de tais motores possam ser melhorados. Para isto foram realizadas simulações computacionais para se analisar: i) a troca térmica entre o material magnético e o fluído de trabalho, utilizando simulação computacional fluidodinâmica (CFD); ii) a força produzida pela interação entre os materiais magnéticos e o conjunto de ímãs do motor, utilizando simulação computacional eletromagnética (CEM) e iii) a dinâmica do funcionamento do motor, utilizando simulação de sistemas de multicorpos (MBD). Foram então realizados experimentos e análises em protótipos dos motores com configurações semelhantes às simuladas, permitindo a comparação entre os resultados numéricos dos modelos computacionais e os resultados experimentais, validando com isto os modelos computacionais desenvolvidos. Finalmente são propostas alterações nos protótipos construídos e definidos parâmetros ideais para a construção de motores termomagnéticos mais eficientes e capazes de converter a energia térmica obtida por painéis solares planos em energia mecânica útil.
Descrição
Citação
FERREIRA, Lucas Diego Rodrigues. Motores termomagneticos, linear e rotativos, acionados por energia solar. 2013. 130 f. Dissertação (Mestrado) - Instituto de Ciências Ambientais, Químicas e Farmacêuticas, Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), Diadema, 2013.