BR102012012822B1 - Dispositivo termomagnético reciprocativo linear e uso do mesmo - Google Patents

Abstract

dispositivo termomagnético reciprocativo linear e uso do mesmo. o presente pedido de patente de invenção refere-se a um dispositivo termomagnético reciprocativo linear para conversão de energia térmica em energia mecânica. a principal aplicação da invenção proposta é o aproveitamento com alta eficiência da energia térmica de fontes de baixa qualidade (fontes cujas temperaturas são relativamente baixas). isto se aplica a fontes alternativas, como a energia solar, energia geotérmica, rejeitos industriais, ou rejeitos de veículos que utilizam motores de combustão interna, aumentando a eficiência de processos industriais e de veículos automotores (carros, caminhões, locomotivas e navios).

Description

Campo da invenção

O presente pedido de patente de invenção se refere a um dispositivo termomagnético reciprocativo linear para conversão de energia térmica em energia mecânica.

A principal aplicação da invenção proposta é o aproveitamento com alta eficiência da energia térmica de fontes de baixa qualidade (fontes 10 cujas temperaturas são relativamente baixas). A tecnologia se aplica a fontes alternativas, como a energia solar, energia geotérmica, rejeitos industriais, ou rejeitos de veículos que utilizam motores de combustão interna, aumentando a eficiência de processos industriais e de veículos automotores (carros, caminhões, locomotivas e navios).

Fundamentos da invenção

A ideia de se utilizar materiais magnéticos para se transformar energia térmica em energia mecânica ou diretamente em energia elétrica é muito antiga, e remete a patentes obtidas por Nikola Tesla e T. A. Edison no final do século XIX. Citamos a patente concedida a Nikola Tesla em 1889, a de 20 número US 396 121 (Nikola Tesla, “Thermomagnetic Motor”), que descreve vários arranjos de ímãs permanentes ou bobinas elétricas e materiais magnéticos para converter energia térmica em energia mecânica, e a de número US 428 057, de 1890, (Nikola Tesla, “Pyromagneto Electric Generator) em que ele descreve um dispositivo para converter energia térmica diretamente • 25 em energia elétrica utilizando a indução de mudança de estado magnético de um material por variações de temperatura. No caso de Edison, a patente número US 476 983 de 1892 (T. A. Edison, “Pyromagnetic Generator”) também descreve um conversor de energia térmica diretamente em energia elétrica. Mais recentemente, V. Guruprasad (“Electromagnetic Heat Engines and 30 Method of Cooling a System Having Predictable Bursts of Heat Dissipation”. US pat. n. 5 714 829, de 1998) descreve o comportamento de materiais magnéticos em um ciclo termodinâmico em analogia com o aparecimento de resistência elétrica negativa em um circuito elétrico, e R. O. Cornwall (“Thermodynamic Cycles and Method for Generating Electricity”, US Pat. n. 6 725 668 B1, de 2004) descreve ciclos termodinâmicos adequados para 5 conversão direta de energia térmica em energia elétrica ou refrigeração utilizando materiais magnéticos com transições magnéticas de segunda ordem. Com exceção do trabalho de 1889 de N. Tesla, nenhum desses documentos descreve dispositivos práticos para a conversão de energia térmica de baixa qualidade em energia mecânica.

Este pedido de patente de invenção descreve um dispositivo prático para a conversão direta de energia térmica de baixa qualidade, como as provenientes da energia solar coletada por coletores solares planos ou do tipo tubos de vidro evacuados, ou energia proveniente de rejeitos térmicos industriais, energia térmica do escape de motores de combustão interna, ou 15 energia geotérmica, diretamente em energia mecânica, e desta possivelmente em energia elétrica via o acionamento de geradores elétricos.

O dispositivo proposto é baseado nos descritos na patente de 1889 de N. Tesla, com a introdução das inovações descritas a seguir. Primeiramente são utilizados ímãs permanentes de alta energia, 20 preferencialmente à base de FeNdB, em forma de blocos ou em arranjos denominados Halbach lineares (K. Halbach, Proceedings of the 8th International Workshop on Rare Earth-Cobalt Permanent Magnets (University of Dayton, Dayton, OH, 1985), p. 123). Estes arranjos Halbach lineares concentram as linhas de força magnética em um dos lados do arranjo linear de • 25 ímãs, maximizando os gradientes de campo magnético e portanto as forças e os torques atuantes no material magnético, o que é importante para maximizar a eficiência do dispositivo. Além disso, no esquema de Tesla (US pat. n. 396 121, de 1889) o acionamento do motor é feito via a utilização de uma mola. No dispositivo proposto esta mola é substituída por um segundo corpo magnético, 30 cujo estado magnético é alternado com o do primeiro corpo magnético. Ambos os corpos magnéticos são feitos ficarem estáticos, para permitir o uso de selos hidráulicos fixos, e o elemento gerador do gradiente de campo magnético é feito móvel, e fica oscilando de um corpo magnético para o outro à medida que os estados magnéticos destes corpos são comutados. O movimento oscilatório é então passado a um sistema biela-manivela para ser transformado em movimento de rotação. Outra inovação é a introdução do controle do fluxo dos fluidos quente e frio via válvulas. Na possibilidade de uso de água quente abundante (como em fontes termais) pode-se pensar em fluxo por gravidade e válvulas direcionadoras mecânicas, acionadas diretamente pelo posicionamento do bloco de ímãs permanentes. Tanto a água quente como a fria podem se movimentar por gravidade. Em casos em que há necessidade de maximizar o uso tanto de água quente quanto da fria, elas podem ser movimentadas via uma bomba centrífuga, e as válvulas podem ainda ser mecânicas ou solenoides, estas últimas acionadas via um sensor de posição e gerenciadas por um circuito eletrônico controlador.

Breve descrição da invenção

A presente invenção contempla um dispositivo termomagnético reciprocativo linear para conversão de energia térmica em energia mecânica.

O dispositivo consiste basicamente em placas trocadoras de calor, que são mantidas estacionárias, juntamente com ímãs que são fixados em uma mesa que possui movimento relativo linear em relação às placas trocadoras de calor. A propriedade magnética do material das placas possibilita que estas, quando aquecidas acima da temperatura de transição magnética, deixam de ser ferromagnéticas, não sendo atraídas pelos ímãs, porém, quando resfriadas a temperaturas abaixo das respectivas de transição magnética, recuperam a propriedade ferromagnética e são atraídas pelos ímãs. Um circuito, eletro-hidráulico ou mecânico-hidráulico, composto por válvulas solenoides, bombas hidráulicas, sensor de posição e de uma interface eletrônica, faz a comutação da passagem de fluido através das placas magnéticas, em um dado intervalo de tempo circula fluido quente na(s) placa(s) e fluido frio na(s) outra(s) placa(s). A comutação conjunta do estado magnético das placas, conjuntamente com o acoplamento delas com o campo magnético dos ímãs permanentes, causa o movimento oscilatório linear da mesa que é solidária aos ímãs. Este movimento oscilatório linear é transformado, mediante um mecanismo de biela-manivela, em movimento rotativo de um eixo que fornece uma determinada potência mecânica útil.

Os principais diferenciais do presente trabalho com as tecnologias constantes do estado da técnica está na utilização de ciclos termodinâmicos magnéticos em nossos motores, que podem ser mais eficientes que outros ciclos termodinâmicos convencionais utilizando gases, e a utilização de materiais magnéticos em forma sólida, de alta densidade, ao invés de gases.

A principal aplicação desta tecnologia será o aproveitamento com alta eficiência da energia térmica de fontes de baixa qualidade (que são as fontes cujas temperaturas são relativamente baixas). Isto se aplica a fontes alternativas, como a energia solar, energia geotérmica, ou a rejeitos térmicos industriais ou de veículos que utilizam motores de combustão interna, aumentando a eficiência de processos industriais e de veículos automotores (carros, caminhões, locomotivas, navios).

Breve descrição das figuras e anexos

O invento passará a ser descrito a seguir com referência aos desenhos apensos, nos quais:

A Figura 1 mostra a vista explodida do dispositivo termomagnético. Ele é composto por ímãs em forma de paralelepípedos retangulares (1) e (2) que são fixados a uma mesa de deslocamento linear (5). Além disso é composto por placas (3) feitas de material magnético; válvulas direcionadoras de fluxo (4), mantidas estacionárias em relação aos arranjos de ímãs mediante parafusos que as fixam à base principal (6) do dispositivo; mancais com esferas recirculantes (7) e/ou por mancais magnéticos para sustentar a mesa linear; mecanismo biela-manivela (8) (9); mancai com rolamentos radiais de esferas (12) para união da mesa (3) com a biela (9) e eixo acoplado a um rolamento radial de esferas (13) que tem por função a junção da biela com a manivela (9). A manivela (9) tem também a função de volante de inércia para manter constante a rotação do eixo (10). O eixo (10) é apoiado em um mancai (11) que possui dois rolamentos radiais de esferas (14) e que são espaçados por uma bucha (15).

A Figura 2 representa uma versão da mesa linear (5), com mancais magnéticos substituindo os mancais de fusos de esferas recirculantes (7). A levitação magnética vertical da mesa linear é assegurada por quatro atuadores eletromagnéticos (19) que suportam verticalmente a mesa (5) por intermédio de forças magnéticas entre os atuadores (19) e as guias horizontais (21). O guiamento lateral da mesa linear (5) é assegurado por quatro atuadores eletromagnéticos (19) que atuam sobre as guias lineares verticais (18). Os atuadores eletromagnéticos (19) e (20) possuem bobinas (16) de fios de liga de cobre, placas de ferro silício (17) e ímãs permanentes (22).

A Figura 3 representa um arranjo de ímãs permanentes em forma de paralelepípedos retangulares em configuração em que as magnetizações dos elementos paralelepipedais componentes do arranjo giram uma em relação à outra de 90°, correspondendo ao arranjo Halbach linear, e cujo ciclo se completa com 5 ímãs paralelepipedais.

O Anexo 1 mostra o esquema cujo curso corresponde à largura da placa do material magnético. Os retângulos cinza representam o conjunto de ímãs que se movem solidariamente, e os retângulos azuis representam as placas do material magnético, que permanecem estacionárias.

O Anexo 2 mostra um exemplo de pistão magnético com um conjunto de ímãs (retângulos cinzas) e 5 placas de material magnético (retângulos azuis).

O Anexo 3 mostra um esquema de pistão magnético com m = 3 conjuntos de ímãs (retângulos cinzas) e curso de n - 1 =2 vezes o de um pistão simples.

O Anexo 4 mostra o esquema de pistão magnético com m = 3 conjuntos de ímãs e curso de n -1 = 5 vezes o de um pistão simples.

O Anexo 5 mostra o esquema de pistão magnético com m x p = 3 x 3 = 9 conjuntos de ímãs e curso de n -1 =2 vezes o de um pistão simples. Descrição detalhada da invenção

Refere-se o presente pedido de patente de invenção a um dispositivo termomagnético para conversão de energia térmica em energia mecânica, constituído basicamente de ímãs (1 e 2); uma mesa de deslocamento linear (5); placas de material magnético (3); válvulas direcionadoras de fluxo (4); mecanismo biela-manivela (8) (9); e um eixo de rotação (10).

Este dispositivo pode utilizar como fonte quente a energia solar, rejeitos térmicos industriais, energia térmica do escape de motor de combustão interna, ou energia geotérmica. Essa energia é transportada por um fluido, como água, por exemplo, aquecido a uma temperatura acima da temperatura de transição magnética do material. A fonte fria será um outro fluido mantido em temperatura conveniente ao processo em que o dispositivo é empregado, ou então fluido na temperatura ambiente, aproximadamente 25°C. Ambos os fluidos, o quente e o frio, circulam pelo material magnético, colocado em formato de um trocador de calor similar a um regenerador. Esse material pode ser o composto intermetálico MnAs, com temperatura de transição de 46°C, ou o composto La(Feo,88Sio,i2)i3Hx, ou quaisquer outros materiais com transição magnética de primeira ou segunda ordem ocorrendo em temperaturas intermediárias entre a temperatura da fonte quente e a temperatura da fonte fria.

O princípio de funcionamento do dispositivo termomagnético reciprocativo baseia-se na comutação entre os estados ferromagnético e paramagnético de um material magnético, como os compostos intermetálicos MnAs, MnAsi-xSbx, La(Fei-xSix)i3Hy, MnFePi.xAsx, MnFePi.xSix, e outros, com transição de fase magnética de primeira ordem e com temperatura de transição ligeiramente acima da temperatura ambiente e de baixa histerese térmica. Os dispositivos termomagnéticos objeto desta invenção também poderão funcionar utilizando materiais magnéticos com transições de segunda ordem, como os compostos intermetálicos Fei7Nd2 e Gd4.7Ndo.3Si4, que não apresentam histerese térmica da transição magnética, mas cujas transições magnéticas estendem-se por intervalos de temperatura relativamente grandes, de 10 a 15°C.

Quando o material magnético é aquecido próximo da temperatura superior de transição, este deixa de ser ferromagnético e passa a ser paramagnético. Resfriando o material para próximo da temperatura inferior de transição, que é próxima à temperatura ambiente, este recupera a propriedade ferromagnética. O aquecimento e o resfriamento do material magnético, para o funcionamento do dispositivo termomagnético reciprocativo linear, são efetuados por água ou por outro fluido, líquido ou gás. Quando um ímã ou arranjo de ímãs é aproximado de um material magnético que se encontra à temperatura ambiente, este é atraído pelo material, ao passo que elevando a temperatura do material para acima da temperatura de transição magnética, o ímã deixa de ser atraído por este.

O dispositivo proposto pode utilizar materiais magnéticos com transições magnéticas de segunda ordem, caracterizadas pela temperatura de Curie, ligeiramente acima da temperatura ambiente. Esses materiais, denominados de segunda ordem, apresentam uma variação da magnetização que é relativamente suave ao redor da temperatura de Curie, o que acaba exigindo um intervalo de temperatura relativamente grande para que, sob a influência do campo magnético fornecido pelos ímãs ou pelos arranjos Halbach, a magnetização passe de um valor alto para um valor baixo, próximo de zero. Esse processo de comutação da magnetização de um valor alto para um valor baixo, que é provocado pela variação de temperatura do material, é essencial para o funcionamento do dispositivo. Propõe-se a utilização de materiais magnéticos que apresentem transições magnéticas de primeira ordem, que se caracterizam pelo fato de que a passagem do estado de alta magnetização (ferromagnético) para o estado de baixa magnetização (paramagnético) se dá em um curtíssimo intervalo de temperatura ao redor da temperatura de Curie. Como exemplo, para o composto de primeira ordem MnAs, cuja temperatura de Curie é 46°C, a comutação entre os estados de alta e baixa magnetização se dá num intervalo de 2,5°C ao redor da temperatura de Curie. Essa característica da transição magnética de primeira ordem permite utilizar um fluido aquecido a uma temperatura ligeiramente acima da transição magnética para mudar a temperatura do material magnético e induzir a mudança do estado ferromagnético para o estado paramagnético. Esse efeito da comutação do estado magnético por troca de calor é utilizado para o funcionamento do dispositivo termomagnético. É importante ressaltar que a maior parte dos materiais magnéticos de primeira ordem permitem sintonizar a sua temperatura de Curie via a modificação de sua composição, e isto permite adaptar os dispositivos termomagnéticos a diferentes regiões, com diferentes climas, ou a diferentes fontes de energia térmica, como as provenientes de rejeitos térmicos industriais, energia térmica do escape de motores de combustão interna, ou de origem geotérmica. Por exemplo, caso se pretenda utilizar a energia solar obtida via coletores planos, a água ou fluido quente terá temperaturas típicas entre 70 e 80°C. Caso se pretenda utilizar uma fonte como a proveniente de gás queimado em refinarias de petróleo (gás de flare), podem-se obter fluidos em temperaturas significativamente mais altas que isso, o que permite aumentar a eficiência termodinâmica dos dispositivos termomagnéticos. Isto se aplica também a outras fontes energéticas industriais, como gases de caldeiras, fornos e turbinas a gás, escape de motores de combustão interna ou a fontes geotérmicas.

O dispositivo termomagnético objeto desta invenção também pode ser aplicado para fontes quentes com temperaturas substancialmente acima da temperatura ambiente, como as provenientes de rejeitos térmicos industriais e de motores de explosão interna, apenas mudando o material magnético para que tenha a temperatura de transição magnética intermediária entre a temperatura da fonte quente e a temperatura ambiente.

Este efeito de reversão da propriedade magnética do material magnético, dentro de um gradiente de temperatura determinado pela diferença entre as temperaturas das fontes quente e fria, conjuntamente com o uso de ímã(s) permanentes, arranjados de maneira a maximizar a densidade de fluxo magnético em um dos lados do(s) arranjo(s) de ímãs (conjunto Halbach linear), é utilizado para geração de movimentos lineares em um dispositivo termomagnético. O conjunto de ímãs é preferencialmente um arranjo de ímãs em forma de paralelepípedos (1) e (2) com as magnetizações orientadas para resultar no arranjo Halbach linear. Os materiais magnéticos a serem utilizados no dispositivo termomagnético podem ser colocados em uma multitude de formatos, como em forma de placas compactas planas, que são envoltas pelos arranjos de ímãs, como esquematizado no Anexo 1, ou por arranjos como conjuntos de pinos, de esferas, de partículas de pó, ou outras formas convenientes.

As placas magnéticas (3) devem ser periodicamente aquecidas e resfriadas, para termos o efeito de comutação do seu estado magnético, e por isso essas placas são construídas com válvulas direcionadoras de fluxo (4), e funcionam como trocadores de calor periódicos, similares aos trocadores de calor do tipo regeneradores.

O fluido de trabalho, responsável pela reversão da propriedade magnética do material magnético, pode ser água, óleo, outros líquidos ou um gás, dependendo da natureza da fonte quente e da eficiência térmica desejada para os trocadores de calor do dispositivo. O aquecimento do fluído de trabalho pode ser efetuado mediante o uso de energia solar captada através de placas coletoras, pela queima de gases residuais provenientes de refinarias de petróleo, pelo aproveitamento dos gases quentes de escape nas descargas de caldeiras, fornos, turbinas a gás, motores de combustão interna, ou por quaisquer outras fontes de energia calórica de baixa, média ou alta temperatura, fontes usualmente comuns na indústria, ou uma fonte renovável como a energia geotérmica.

A circulação forçada do fluido de trabalho através dos trocadores de calor do dispositivo é feita com o uso de bombas centrífugas ou por ação da força gravitacional que causa o escoamento do fluido.

O controle do fluido de trabalho no dispositivo é realizado mediante o uso de válvulas solenoides e/ou de válvulas mecânicas direcionais (4) acionadas e sincronizadas, mecanicamente, pelo movimento do dispositivo.

Para o uso das válvulas solenoides utiliza-se também um circuito eletrônico de controle e um sensor indutivo de proximidade não contactante. A tensão de alimentação dos componentes elétricos do dispositivo, quando este necessita de energia elétrica para acionamento, é de 110 V em corrente alternada. Para a versão do dispositivo que utiliza válvulas direcionais acionadas mecanicamente e a circulação do fluido devendo-se à ação da força gravitacional, não há a necessidade de fornecimento de potência elétrica ao dispositivo.

O dispositivo termomagnético reciprocativo linear objeto desta patente é mostrado em perspectiva explodida na Figura 1. Ele utiliza ímãs em forma de paralelepípedos retangulares (1) e (2) e que são fixados a uma mesa de deslocamento linear (5). Os arranjos de ímãs são montados com espaçamento apropriado entre o arranjo superior e o arranjo inferior de maneira a permitir que os arranjos de placas (3) em forma de paralelepípedos retangulares, feitas de material magnético, sejam posicionadas entre os mesmos, formando o pistão magnético simples. As placas possuem cavidades e canais internos para possibilitar a circulação do fluido de troca de calor através destas. Estas placas funcionam como trocadores de calor entre o fluido e o material das placas. As válvulas direcionadoras de fluxo (4) são utilizadas simultaneamente para suporte e guia das placas trocadoras de calor e para distribuição uniforme do fluido de trabalho através das placas. Estas válvulas são mantidas estacionárias, em relação aos arranjos de ímãs, mediante parafusos (6) que as fixam à base principal do dispositivo. A mesa linear (5) é sustentada por mancais com esferas recirculantes (7) e/ou por mancais magnéticos, descritos na Figura 2, com controle eletrônico em 5 graus de liberdade da mesa. A versão com mancai magnético possibilita reduzir o atrito entre a mesa e a guia, e consequentemente possibilita elevar a eficiência do dispositivo. O movimento oscilatório linear da mesa é transformado em movimento rotativo mediante um mecanismo biela-manivela (8) e (9). A união da mesa com a biela é efetuada por um mancai com rolamentos radiais de esferas (12) e a junção da biela com a manivela é feita através de um eixo (10) acoplado a um rolamento radial de esferas (13). A manivela tem também a função de volante de inércia para manter constante a rotação do eixo. O eixo é apoiado em um mancai (11) que possui dois rolamentos radiais de esferas (14) e que são espaçados por uma bucha (15). A potência disponível no eixo pode ser utilizada para acionamento das mais variadas espécies de máquinas. Aqui não se impõem limitações ao uso dos dispositivos termomagnéticos.

A Figura 2 representa uma versão da mesa linear, do dispositivo termomagnético reciprocativo linear descrito na Figura 1, com mancais magnéticos substituindo os mancais de fusos de esferas recirculantes (7). A levitação magnética vertical da mesa linear é assegurada por quatro atuadores eletromagnéticos (19) e que suportam verticalmente a mesa por intermédio de forças magnéticas entre os atuadores e as guias horizontais (21). O guiamento lateral da mesa linear (5) é assegurado por quatro atuadores eletromagnéticos (19) que atuam sobre as guias lineares verticais (18). Os atuadores eletromagnéticos (19) e (20) possuem bobinas (16) de fios de liga de cobre, placas de ferro silício (17) e ímãs permanentes (22).

A Figura 3 representa um arranjo de ímãs permanentes em forma de paralelepípedos retangulares em configuração em que as magnetizações dos elementos paralelepipedais componentes do arranjo giram uma em relação à outra de 90°, correspondendo ao arranjo Halbach linear, e cujo ciclo se completa com 5 ímãs paralelepipedais. Nesta configuração, os arranjos Halbach lineares de ímãs permanentes atuam sobre as placas estacionárias de material magnético, fornecendo as forças que promovem a movimentação reciprocativa dos ímãs acoplados à mesa linear. Esse arranjo de ímãs permanentes é o preferencial para a presente invenção.

Uma vez demonstrada a viabilidade técnica do dispositivo termomagnético reciprocativo linear utilizando um arranjo magnético simples como mostra o Anexo 1, coloca-se em evidência diferentes arranjos dos conjuntos de ímãs e de placas magnéticas para se obter pistões magnéticos com cursos maiores e também fornecendo forças maiores que as obtidas com um único pistão magnético simples com um curso igual à largura de uma das placas magnéticas.

Neste pedido de patente, sem esgotar as possibilidades, consideramos configurações de dispositivos termomagnéticos reciprocativos lineares apresentadas nos Anexos de 2 a 5. O arranjo do Anexo 2 permite obter um curso (n-1) vezes, no caso do anexo n = 5, o curso obtido em um pistão simples que utiliza um conjunto de ímãs e 2 placas magnéticas (Anexo 1), com a mesma força fornecida pelo pistão simples. Para o funcionamento deste pistão as placas magnéticas deverão ter seu estado magnético mudado sequencialmente, uma após a outra. O arranjo do Anexo 3 será denominado de sequencial simples, contendo n placas e m conjuntos de ímãs (n=9 e m=3 no Anexo 3), e permite obter m = 3 vezes a força fornecida por um pistão simples, e um curso de (n/m -1=2) vezes o de um pistão simples. No caso do Anexo 3, para a qual m = 3 e n = 3, temos 3 conjuntos de ímãs e 9 placas magnéticas, obtendo-se uma força que é 3 vezes maior que a força de um pistão magnético simples e um curso de 2 vezes o curso do pistão magnético simples. Para o funcionamento deste pistão deve-se alterar o estado magnético das placas magnéticas imediatamente à frente dos conjuntos de imãs simultaneamente, para que o movimento dos conjuntos de ímãs também se dê de forma cooperativa, simultânea. O Anexo 4 mostra o arranjo de imãs e placas magnéticas que denominaremos empilhado-sequencial, contendo p camadas de arranjos de placas magnéticas e de conjuntos de ímãs, cada camada contendo m arranjos de ímãs (m = 1 no Anexo 4) e n placas magnéticas (n = 6 no Anexo 4). Esse arranjo empilhado-sequencial é capaz de fornecer p = 3 vezes a força de um pistão simples e curso igual a n - 1 vezes o do pistão simples (n-1 = 5 no Anexo 4). Note-se que esse arranjo necessita a utilização de p x n placas magnéticas (p x n = 18 no Anexo 4). Para o funcionamento deste arranjo devemos alterar o estado magnético das placas magnéticas imediatamente à frente dos conjuntos de imãs simultaneamente nas p linhas de placas magnéticas, para que o movimento dos conjuntos de ímãs também se dê de forma cooperativa, simultânea. O Anexo 5 mostra um arranjo de ímãs e placas magnéticas que permite obter pistão magnético, que denominaremos empilhado-sequencial múltiplo, contendo p linhas de arranjos de placas e de conjuntos de ímãs, cada linha contendo m conjuntos de ímãs e n placas magnéticas. Este arranjo empilhado-sequencial múltiplo é capaz de fornecer m 5 x p vezes a força de um pistão simples, e um curso que é igual a (n/m - 1) vezes o curso do pistão magnético simples. Note que o número total de placas magnéticas é p x n. Neste caso descrito pelo Anexo 5, para o qual m = 3 , p = 3 e n = 3, temos 9 conjuntos de ímãs, 27 placas de material magnético, força igual a 9 vezes a força fornecida por um pistão simples e curso de 2 vezes o 10 fornecido pelo pistão simples. Para o funcionamento deste pistão empilhado- sequencial múltiplo devemos alterar o estado magnético das placas magnéticas imediatamente à frente dos conjuntos de imãs simultaneamente nas p linhas de placas magnéticas, para que o movimento dos conjuntos de ímãs também se dê de forma cooperativa, simultânea.

Claims (1)

1. Dispositivo termomagnético com mancais, selecionados dentre mancais com esferas recirculantes (7) e mancais magnéticos caracterizado por compreender: a) Dois conjuntos de ímãs (1) e (2) em forma de paralelepípedos retangulares com magnetizações orientadas de forma a resultar no arranjo Halbach linear, fixados a uma mesa de deslocamento linear (5) que é sustentada por mancais com esferas recirculantes (7) ou mancais magnéticos tal que a levitação magnética vertical da mesa linear seja assegurada por quatro atuadores eletromagnéticos (19); b) Placas de material magnético em uma multitude de formatos, como em forma de placas compactas planas, que são envoltas pelos arranjos de ímãs, ou por arranjos como conjuntos de pinos, de esferas, de partículas de pó, ou outras formas convenientes, preferencialmente formas de paralelepípedos retangulares com transição magnética de primeira ou segunda ordem possuindo cavidades e canais internos para passagem do fluido responsável pela reversão da propriedade magnética da placa magnética, sendo que as placas são feitas dos compostos intermetálicos MnAs, MnAs1-xSbx, La(Fe1-xSix)13Hy, MnFeP1- xAsx, MnFeP1-xSix, La(Fe0,88Si0,12)13Hx, Fe17Nd2 e Gd4,7Nd0,3Si4, e o fluido de trabalho responsável pela reversão da propriedade magnética da placa magnética, ser selecionado dentre água, óleo, outros líquidos ou um gás, dependendo da natureza da fonte quente e da eficiência térmica desejada para os trocadores de calor do dispositivo, sendo a circulação forçada do fluido ser feita com o uso de bombas centrífugas ou por ação da força gravitacional; c) Válvulas direcionadoras de fluxo (4) que são mantidas estacionárias mediante parafusos que a fixam na base principal (6) do dispositivo; d) Mecanismo biela-manivela tal que a junção da biela com a manivela é feita através de um eixo acoplado a um rolamento radial de esferas (13) e a junção da mesa linear (5) com a biela (9) é feita através de um mancal com rolamentos radiais de esferas (12); e) Eixo de rotação (10) que é apoiado em um mancal (11) com dois rolamentos radiais de esferas (14) espaçados por uma bucha (15) tal que a manivela mantenha a rotação do eixo de rotação (10) constante; Sendo que se os mancais são mancais magnéticos tal que a levitação magnética vertical da mesa linear seja assegurada por quatro atuadores eletromagnéticos (19) estes suportam verticalmente a mesa por intermédio de forças magnéticas entre os atuadores e as guias horizontais (21), e que possuem bobinas (16) de fios de liga de cobre, placas de ferro silício (17) e ímãs permanentes (22).

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