ITPR20080077A1 - Nuovo tipo di motore elettrico. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo

?DISPOSITIVO ELETTROMAGNETICO STATICO PER ACCELERARE

MOLECOLE ELETTRICAMENTE NEUTRE UTILIZZANDO IL LORO MOMENTO

ELETTRICO DIPOLARE "

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo elettromagnetico meccanicamente statico per accelerare molecole elettricamente neutre utilizzando il loro debole momento elettrico dipolare, anche per realizzare un nuovo tipo di motore elettrico rotativo.

Ad esempio, il dispositivo trova impiego come:

a) pompa per liquidi,

b) compressore per gas,

c) propulsore per sostanze solide (in pezzi, in polvere o in sospensione in liquidi), d) motore elettrico rotativo senza collegamenti elettrici fra statore e rotore, e) generatore di elettricit? alimentato da fluidi sotto pressione,

f) indicatore di portata per fluidi,

g) separatore di componenti chimici in fase liquida o gassosa,

h) separatore di isotopi di atomi.

Come ? noto, il fenomeno della produzione, in un atomo o molecola, di un momento elettrico dipolare viene chiamato polarizzazione elettrica. Tale polarizzazione pu? essere spontanea (causata da interazioni interne nella molecola fra le cariche elettriche positive e quelle negative), indotta (da campi elettromagnetici esterni), o composta fra i due tipi precedenti.

I tipi di polarizzazione elettrica, gi? descritti nella letteratura specifica, sono le polarizzazioni molecolare, elettronica, atomica e ionica.

? noto che in un atomo o molecola, nel seguito chiamati anche "particelle" il centro di massa delle cariche elettriche positive (nuclei degli atomi) e quello delle negative (elettroni orbitali periferici degli atomi) possono non essere coincidenti, per fenomeno intrinseco relativo alla struttura di una molecola o indotto da un campo elettromagnetico esterno.

Il prodotto del valore della carica totale positiva della particella per la distanza fra i centri di massa delle cariche positive e negative costituisce un momento elettrico dipolare.

Il comportamento della particella sotto l'azione di un campo elettrico esterno per effetto del momento elettrico dipolare si pu? schematizzare come quello del complesso di un elettrone ("elettrone equivalente") e di un positrone solidali con la particella stessa, disposti lungo l'asse congiungente i centri di massa delle cariche elettriche positive e negative, e separati da un "braccio equivalente di momento dipolare ?.

Indicando con "e? la carica elettrica, in valore assoluto, di un elettrone, il momento elettrico dipolare ? dato dal prodotto [e-?] e pu? essere misurato nell?unit? [e m] (elettrone metro). Nella letteratura esso viene, generalmente, misurato nell'unit? [C m] (Coulomb metro) o nell'unit? [D] (Debye), essendo 1 D equivalente a 3.336-10<?30 >C m o a 0,2082? 10<'1 >e m. Per l'acqua si ha 1,85 D, equivalente a 0.3852 10<10 >e m, per cui risulta ? = 0.3852 10<'10 >m = 0.3852 ?.

Secondo la tecnica nota, la separazione di due componenti liquidi da una miscela mediante metodi fisici viene fatta industrialmente principalmente con distillazione frazionata, in colonne, generalmente a piatti, utilizzando la differenza fra i punti di ebollizione dei componenti stessi. La separazione mediante centrifughe viene impiegata solo in alcuni casi, come per gli isotopi di uranio.

Si prenda in considerazione, come esempio, la separazione per distillazione di una miscela dei due liquidi propano e propilene in una colonna a piatti.

In corrispondenza di un piatto intermedio si introduce l?alimentazione. Dal piatto superiore viene estratto in fase vapore il componente pi? volatile (propilene), che viene condensato. Una parte del condensato viene reintrodotta nel piatto superiore come ?riflusso'', e questo riflusso pu? essere in quantit? anche parecchie volte maggiore di quella della parte utile estratta. Dal piatto inferiore, in corrispondenza del quale viene fornito il calore per revaporazione del liquido, si estrae il componente meno volatile (propano). Per una tonnellata di miscela pu? essere necessario far evaporare anche parecchie tonnellate di liquido.

Nella colonna un piatto ? un ?elemento di arricchimento" nel componente pi? volatile. Questo arricchimento ? ottenuto creando nel piatto stesso un equilibrio chimico-fisico fra una fase liquida ed una gassosa, in cui la concentrazione del componente pi? volatile nel vapore ? pi? alta di quella nel liquido.

La tecnica ora descritta ? tuttavia molto complessa e costosa.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? proporre un nuovo tipo di dispositivo elettromagnetico che superi gli inconvenienti delle soluzioni note e le cui applicazioni possano consentire semplificazioni e risparmi di costi.

In particolare, uno degli scopi della presente invenzione rendere disponibile un nuovo tipo di dispositivo elettromagnetico da utilizzarsi come propulsore o come motore elettrico rotativo.

II compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un nuovo tipo di dispositivo elettromagnetico, comprendente le caratteristiche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un nuovo tipo di dispositivo elettromagnetico come propulsore e motore elettrico rotativo, secondo quanto illustrato negli uniti disegni in cui:

la figura 1 illustra forme d?onda del vettore forza elettromotrice E e del vettore induzione magnetica B;

- la figura 2 illustra un propulsore.

Con riferimento alle figure, la sostanza in trattamento (liquida, gassosa o solida) viene sottoposta, in una camera di trattamento 1, all?azione di un campo magnetico alternato (ad onde rettangolari, o rettangolari con vertici smussati o anche sinusoidali) con vettore ?induzione magnetica? B perpendicolare alla direzione della spinta da ottenere e, simultaneamente, ad un campo elettrico alternato isofrequenziale con vettore ?forza elettromotrice" E perpendicolare sia a B che alla direzione della spinta.

Nella trattazione di questo paragrafo si consideri il caso della polarizzazione molecolare e si trascuri la variazione del momento dipolare per effetto del vettore E del campo elettrico esterno.

Inoltre si consideri il caso teorico di onde perfettamente rettangolari e si supponga uno sfasamento fra i due vettori B ed E pari ad almeno una decina di gradi sessagesimali, o anche a un quarto di per?odo (situazione di quadratura).

Nel seguito si indicheranno, in un sistema destrogiro a tre assi coordinati ortogonali [x, y, z], con ?x? la direzione della spinta, con ?z? quella del campo magnetico (vettore B) e con ?y" quella del campo elettrico (vettore E).

Con riferimento alla Fig. 1, quando il vettore E all?istante t2 (indicato sull?asse delle ascisse) subisce un?inversione, esso, se sufficientemente intenso, fa muovere la particella tendendo a disporre parallelamente a se stesso l'asse congiungente i centri di massa delle cariche positive e negative della particella stessa, con il centro di massa positivo rivolto verso il polo negativo istantaneo del campo elettrico. Questo movimento impresso alla particella verr? chiamato nel seguito ?stiramento?. Il tempo richiesto per questo stiramento, indicato nella figura come intervallo t2-t2', dipende, nel caso qui considerato della polarizzazione molecolare, dalle caratteristiche chimico-fisiche della sostanza in trattamento e dalla temperatura. Questo tempo di stiramento deve essere molto breve rispetto al quarto di periodo (tratto t2-t3) del campo elettrico.

Con riferimento alla schematizzazione fatta di un elettrone e un positrone allineati nella direzione y e separati dalla distanza ?, lo stiramento, per quanto riguarda l?elettrone, ? un movimento che ha una componente 2? nella direzione y rispetto al positrone. Dato che questo schematico elettrone compie, rispetto al positrone antagonista, in direzione y e ad una certa velocit?, un tale spostamento 2?, esso, ? sottoposto, nel campo magnetico B agente in direzione z, ad una forza di Lorentz in direzione x, in un determinato senso di percorrenza.

La particella dopo lo stiramento e fino al termine del semiperiodo del campo elettrico (tratto t2?-t4) non varia il suo allineamento e la sua orientazione nella direzione y e non subisce, quindi, alcuna ulteriore forza di Lorentz indipendentemente da variazioni dei campo magnetico. Quando il campo elettrico si invertir? nuovamente, all?istante t4, la particella subir? un nuovo stiramento in direzione opposta, ma si trover? esposta ad un campo magnetico invertito rispetto al semiperiodo precedente. Essa subir?, perci?, una forza di Lorentz uguale in valore assoluto e diretta, sempre secondo x, nello stesso senso di quella del semiperiodo precedente.

La spinta media sulla particella si pu? calcolare come la forza agente su un elettrone che copra, in moto uniforme, in un secondo una distanza pari a 4-6-f, essendo ? la frequenza in Hertz, ad una ?velocit? equivalente? di 4-6-f m/s.

Nella letteratura viene definito come ?tempo di rilassamento" il tempo necessario perch? la particella della sostanza in trattamento ritorni, dopo esclusione del campo elettrico, alla sua orientazione spontanea, che ? determinata, nel caso di un liquido, dalle interazioni reciproche fra i momenti elettrici e magnetici dipolari di tutte le particelle circostanti. L'effetto di queste interazioni sull?orientamento delle particelle si pu? considerare inesistente nel caso dei gas. Se il tempo di rilassamento non ? sufficientemente breve rispetto al semiperiodo dei due campi (elettrico e magnetico) applicati, ci si avvicina ad un caso di risonanza, a cui corrispondono forti effetti di agitazione sulle particelle ed alte dispersioni di energia. I tempi di stiramento sono in relazione con quelli di rilassamento, ma dipendono anche dall'intensit? del campo elettrico esterno.

Se i tempi di rilassamento e di stiramento sono superiori al semiperiodo dei campi esterni, il fenomeno di produzione delle spinte periodiche nello stesso senso direzionale si disattiva.

I tempi di rilassamento nella polarizzazione molecolare sono relativamente lunghi, per cui, per la maggior parte delle molecole polari, la polarizzazione molecolare pu? essere utilizzata solo fino a un massimo di 100 MHz.

Negli altri casi di polarizzazione (elettronica, atomica e ionica) i tempi di stiramento e di rilassamento sono molto minori di quelli della polarizzazione molecolare, permettendo l?impiego di frequenze pi? elevate.

Anche in questi ultimi tipi di polarizzazione il fenomeno della produzione della spinta periodica nello stesso senso direzionale ? identico a quello del caso della polarizzazione molecolare.

Lo schema di calcolo qui presentato per la realizzazione di un dispositivo propulsore con tubo di trattamento rettilineo, in un caso di processo particolare e utilizzando la polarizzazione molecolare, serve come traccia per la progettazione di tutte le altre applicazioni e con tutti gli altri tipi di polarizzazione.

Il tipo di applicazione scelto ? quello di motore (pompa per acqua).

Si considera sempre il sistema di riferimento destrogiro ad assi coordinati ortogonali [x, y, z] utilizzato per la Fig. 2. L'apparecchiatura completa comprende un certo numero di propulsori, che verranno collegati fra di loro in combinazioni in serie e parallelo secondo quanto verr? detto in seguito.

Un alimentatore 2 a due uscite 2a e 2b, collegato al proprio ingresso 2c ad una rete a 50 Hz, fornisce a tutta l?apparecchiatura:

? dalla prima uscita 2a, per la generazione dei campi magnetici, una corrente alternata [I = 40 A], 20 MHz, ad onde assunte come perfettamente rettangolari, ? dalla seconda uscita 2b, per la generazione dei campi elettrici, una tensione alternata, isofrequenziale con la corrente della prima uscita 2a e con le stesse caratteristiche per quanto riguarda la forma delle onde.

La tensione alternata della prima uscita 2a deve essere tale far circolare entro il circuito dei propulsori l?intensit? prevista per la corrente,

La tensione alternata della seconda uscita 2b deve essere tale da assicurare entro la camera di trattamento 1 per la forza elettromotrice E un numero di V/cm sufficiente a produrre uno stiramento efficiente delle particelle.

Per la polarizzazione molecolare qui considerata si possono prevedere, come minimo, alcune decine di V/cm. L?impiego di forze elettromotrici pi? elevate, dell'ordine dei 1000 V/cm, pu? produrre, oltre ad uno stiramento pi? efficiente delle molecole, un certo aumento del braccio equivalente di momento dipolare, per ulteriore deformazione della molecola H20.

Per la polarizzazione elettronica la forza elettromotrice entro la camera di trattamento deve essere molto elevata (dell'ordine delle decine di migliaia di V/cm), dato che in tale polarizzazione il momento dipolare delle particelle ? proporzionale alla tensione applicata.

A valle dell?alimentatore ? posta una resistenza 3 non induttiva, che pu? anche mancare, con la funzione ? di evitare i corto circuiti.

A valle della resistenza 3 non induttiva si trova il complesso dei propulsori, il primo soltanto dei quali ? mostrato nella Fig. 2 indicato con 4. Il propulsore 4 consiste nei seguenti elementi:

? Un avvolgimento 5 o induttore a spire in materiale conduttore in cui circola la corrente elettrica per la generazione del campo magnetico. Le spire sono ?in aria? (senza nucleo magnetico). L?asse dell?avvolgimento ? disposto secondo z, e le spire sono a sezione rettangolare di 3 cm secondo y e 5 cm secondo x. L?avvolgimento 5 ? diviso in due parti, collegate in serie, ciascuna delle quali ha la lunghezza secondo z di 6 cm e comprende 15 spire. Le due parti sono separate da una distanza ("interspazio di induttore") di 2 cm.

? Una camera di trattamento 1, in corrispondenza dell?interspazio di induttore, della sezione yz di 3 x 2 cm, entro cui scorre il fluido.

? Una pluralit? di condensatori di risonanza 6, interposti ciascuno alla giunzione fra due spire 7 successive deH?avvolgimento. Funzione di ciascuno di questi condensatori ? quella di fornire una tensione reattiva uguale e di segno opposto (di capacit?) rispetto alla tensione induttiva che si determina nella spira precedente, evitando, cos?, di far raggiungere alla tensione induttiva stessa valori eccessivi per tuto l?indutore.

? Un condensatore attivo 8, costituito da due lamine parallele (armatura) disposte in modo da produrre un campo elettrico diretto secondo y attraverso la camera di trattamento 1. Le due lamine sono delle dimensioni, secondo x e z, rispettivamente di 6 e 2 cm, e sono distanziate secondo y di 4 cm. La tensione da applicare alle lamine ? quella fornita direttamente dall?alimentatore 2 attraverso la seconda uscita 2b.

In generale, il dimensionamento geometrico dell?induttore 5 deve cercare di far s? che le linee di flusso del vettore B siano al pi? possibile distribuite uniformemente entro la sezione (anche se non circolare) delle spire 7, ed attraversino pressoch? completamente la camera di trattamento 1, senza fuoriuscire ai bordi. Le lunghezze secondo z del tratto superiore e di quello inferiore dell'awolgimento sono state scelte in modo da facilitare una ?parallelizzazione?? delle linee di flusso magnetiche in tutto l?induttore 5. Questa parallelizzazione, da cui dipende l?utilizzo ottimale del campo magnetico entro la camera di trattamento 1, pu?, poi, venire migliorata nel collegamento fra i diversi propulsori, ponendo gli induttori di due di questi uno sopra l'altro ad immediato contatto in direzione z.

Si ottiene il numero di molecole per cm<3 >nel modo seguente:

Si ottiene la ?Velocit? equivalente?? dello schematico ?elettrone equivalente" nel modo seguente:

I dati relativi a! 1? propulsore sono i seguenti:

? corrente I = 40 A

? frequenza f = 2 10<7 >Hz (lunghezza d?onda ? = 15 m)

? velocit? angolare ? = 2? f = 6.28-2-10<7 >s<'1 >= 1.256 10<? >s<'1>

? sezione di calcolo spire 20 cm<2 >- lunghezza di calcolo di 1 spira 20 cm

? interasse spire 0.4 cm

? numero totale spire 30 - lunghezza totale spire Ls = 30 x 20 = 600 cm

? lunghezza secondo z di ciascuna met? dell'induttore 6 cm

? interspazio di induttore 2 cm

? lunghezza totale secondo z del propulsore 14 cm

* *

Questa spinta andrebbe ridotta mediante un coefficiente, ad esempio 0.7, per tener conto degli scostamenti pratici delle onde di corrente dalla forma esattamente rettangolare e di altri fattori, fra i quali la non perfetta distribuzione delle linee di flusso del campo magnetico entro la camera di trattamento. Si otterrebbe, allora, una spinta di (87,61 ? 0.7) = 61.33 cm H20.

Nel caso di propulsione di liquidi a basse portate volumetriche (ad esempio, 4 m<3>/h), si pu? suddividere la camera di trattamento 1 in un certo numero di canali, non illustrati, da collegare in serie con lo stesso senso di percorrenza del liquido. Nello schema di propulsore considerato si potrebbero sistemare nella camera di trattamento diversi passaggi di un unico tubo di trattamento.

Con un tubo di trattamento avente diametri esterno ed interno rispettivamente di 10 e 8 mm la sezione interna sarebbe di 0.503 cm<2 >e la velocit? dell?acqua a 4 m<3>/h di 22.09 m/s. Per ridurre tale velocit? si pu? variare il dimensionamento del propulsore, oppure suddividere il flusso dell?acqua in due parti da collegare in parallelo. In quest?ultimo caso, con 6 passaggi per propulsore e (14 <? >2) = 28 propulsori la spinta teorica sarebbe di (14 <? >6 <? >0.06133) = 5.1517 Kg/cm<2>. Togliendo da essa le perdite di carico dell'acqua nel passaggio attraverso i tubi, resterebbe disponibile una prevalenza superiore a 4 Kg/cm<2>.

In ciascuna spira di un propulsore 4 l?induttanza ? stata calcolata a 0.625 IO<"6 >H. La capacit? di ciascun condensatore di risonanza 6 risulta

Il condensatore attivo 8 del propulsore 4 ? alimentato, come gi? detto, da una tensione fornita direttamente dall?alimentatore 2.

In genere, il valore massimo praticamente accettabile della tensione induttiva nell?avvolgimento ? uno dei principali fattori limitanti nella spinta ottenibile da un propulsore. Infatti esso riduce la corrente che pu? circolare nell?induttore e, con essa, il vettore B dell?induzione magnetica nella camera di trattamento, proporzionale alle spinte ottenibili. Per limitare lo svantaggio di elevate tensioni induttive, nell'esempio di calcolo riportato si ? inserito un condensatore di risonanza 6 ad ogni spira 7, anzich? porne uno solo alla fine di tutto l'avvolgimento.

Invece di inserire ad ogni spira 7 un solo condensatore di risonanza 6, se ne possono, prevedere diversi, ad esempio, 16. Ci? permetterebbe, nel propulsore gi? considerato, a parit? di tensione induttiva costruttivamente accettabile e senza variazioni delle altre condizioni, di quadruplicare le dimensioni secondo y ed x dell?induttore (tenendo invariato l?interspazio di induttore). Con l?aumento dell?area della sezione perpendicolare a z della camera di trattamento, suddividendo questa in canali da collegare in serie per il passaggio del fluido, si potrebbe aumentare di 16 volte la spinta ottenibile da un singolo propulsore.

Viceversa, nei casi di bassi valori della tensione induttiva si pu? mettere un condensatore di risonanza ad ogni numero intero maggiore di 1 di spire, oppure prevedere un solo condensatore di risonanza alla fine dell'induttore.

Un'ulteriore variante realizzativa, non illustrata, prevede di realizzare ravvolgimento con un conduttore ?composto?, costituito da tanti tratti, essendo inserito al termine di ogni tratto un piccolo condensatore di risonanza calcolato per eliminare la tensione induttiva nel tratto stesso. Risulterebbe, cos?, un conduttore ? a filo di perline??, con le ?perline? pi? o meno ravvicinate. Con un tale conduttore composto si possono progettare induttori con sezioni interne relativamente grandi a parit? di vettore B, contenendo la tensione induttiva entro limiti praticamente accettabili.

I propulsori possono essere collegati fra di loro in vari modi, non illustrati ma nel seguito descritti.

In un primo modo, 5 propulsori vengono posti uno sopra l'altro, in direzione z, con immediato contatto fra gli avvolgimenti. Diversi aggregati di 5 propulsori sono posti uno di fianco all'altro, opportunamente distanziati, in direzione x.

Se le camere di trattamento dei propulsori non sono suddivise in canali si hanno 5 tubi di trattamento, ciascuno dei quali corre rettilinearmente fra i propulsori degli aggregati. 1 5 tubi di trattamento, poi, possono venire collegati fra di loro in parallelo o in serie. Se la camera di trattamento di ciascun propulsore ? suddivisa in canali, in questi passa un tubo che attraversa tutti i propulsori o una parte di questi (se si hanno pi? tubi, da porre in parallelo).

Un altro modo di collegamento pu? essere quello di formare un aggregato disponendo diversi propulsori a contatto l?uno con l?altro lungo un tracciato rettangolare, in modo da produrre lungo di esso un campo magnetico complessivo con linee di flusso chiuse completamente all'interno delle spire, realizzando un utilizzo ottimale delle linee del campo magnetico complessivo dell?aggregato.

Gli avvolgimenti degli induttori possono venir collegati in combinazioni di serie e paralleli.

I condensatori attivi dei vari propulsori vengono collegati fra di loro in parallelo. Occorre, per?, assicurare, eventualmente con opportuni dispositivi ausiliari, che in ciascun propulsore la relazione di fase fra i vettori E del campo elettrico e B del campo magnetico attraverso la camera di trattamento sia tale da permettere il funzionamento del processo secondo la Fig. 1.

Gli schemi dei propulsori fin qui presentati devono essere intesi come indicativi. Una prima possibilit? di variazione dello schema di flusso riportato nella Fig. 2 pu? essere quella di inviare al condensatore attivo, anzich? una tensione fornita direttamente dall?alimentatore, un?altra tensione prelevata fra due punti dell?avvolgimento dell?induttore. Occorre, per?, in questo caso, studiare accuratamente, ed eventualmente regolare con opportuni dispositivi, la relazione di fase della tensione al condensatore attivo rispetto alla corrente inviata all?induttore per rendere possibile il funzionamento del processo secondo la Fig. 1.

Altre possibilit? di variazione possono essere quelle di disporre la camera di trattamento direttamente all'interno delle spire dell'induttore. Ci? pu? essere ottenuto, ad esempio, secondo lo schema seguente, che considera di realizzare un propulsore (?elicotrone?) con camera di trattamento costituita da un tubo elicoidale. In questo nuovo schema l?induttore ? costituito da un avvolgimento primario elicoidale di spire ?in aria? disposte lungo il mantello di un primo cilindro del diametro, ad esempio, di 10 cm.

All?interno del primo cilindro, lungo il mantello di un secondo cilindro coassiale con il primo e di diametro poco inferiore (nel caso considerato, ad esempio, di 8 cm) viene disposta una serpentina elicoidale costituente la camera di trattamento.

Il campo elettrico necessario per la produzione delle forze di Lorentz ? realizzato inviando attraverso la serpentina una tensione elettrica alternata, isofrequenziale rispetto alla corrente inviata all?avvolgimento primario e diretta radialmente. Questa tensione elettrica deve essere, in corrispondenza di ciascun punto della serpentina, in una relazione di fase con il vettore B del campo magnetico tale da rendere possibile il funzionamento del processo secondo la Fig. 1.

II problema di realizzare un tale campo elettrico ? di soluzione molto difficile. Un modo di produrlo pu? essere il seguente.

Lungo il mantello di un terzo cilindro , interno al secondo cilindro e coassiale con entrambi, del diametro di 6 cm nell?esempio considerato, viene posto un avvolgimento secondario, di lunghezza esattamente uguale a quella deH'awolgimento primario, e quindi con numero di spire leggermente superiore, conteggiando anche le frazioni di spira. I due avvolgimenti devono avere lo stesso senso di circolazione (ad elicoidi entrambe destrorse o entrambe sinistrorse). L?avvolgimento secondario ? aperto alle due estremit?. Il campo magnetico prodotto daH?awolgimento primario induce nell'avvolgimento secondario una corrente. Fra due punti affacciati dei due avvolgimenti si determina la tensione alternata cercata. 1 conduttori dei due avvolgimenti costituiscono i due elementi dell?armatura del condensatore attivo 8 della figura 2.

In alternativa, l?avvolgimento secondario potrebbe essere collegato, con adeguata progettazione, ad una separata uscita dall'alimentatore.

La lunghezza dell?avvolgimento primario deve essere piuttosto piccola rispetto al quarto di lunghezza d'onda. Se, ad esempio, si impiega una frequenza di 1 MHz, a cui corrisponde una lunghezza d?onda ? = 300 m, la lunghezza dell'avvolgimento primario deve essere preferibilmente non superiore a ? /16 = 18.75 m.

Occorre, inoltre, impiegare un condensatore di risonanza unico alla fine deH'avvolgimento primario.

Sarebbe possibile, anche, studiare soluzioni pi? complesse, sostituendo 1?awolgimento secondario con altri elementi conduttori, opportunamente collegati. Un propulsore a tubo di trattamento elicoidale permetterebbe, da un punto di vista teorico, di utilizzare in modo ottimale il campo magnetico, quello elettrico e il tubo di trattamento stesso, in quanto avrebbe tutti i vantaggi derivanti da un processo f?sico continuo ed uniforme lungo tutto il percorso della sostanza da trattare. Tuttavia, la realizzabilit? di un tale propulsore ? piuttosto problematica, e potr? essere studiata attentamente con laboriosa ricerca sperimentale.

Per quanto riguarda i campi elettromagnetici utilizzabili, alimentatori per onde rettangolari sono preferibili, in quanto permettono di avere pi? facilmente e con precisione i valori massimi del campo magnetico nel beve intervallo di tempo in cui il campo elettrico, dopo un?inversione, ? sufficientemente intenso da produrre l'allineamento per polarizzazione di una particella della sostanza in trattamento. Tali alimentatori possono essere facilmente progettati, anche per frequenze elevate, con la tecnologia a transistors o componenti elettronici equivalenti Nel caso di onde sinusoidali, o di forma intermedia fra la rettangolare e la sinusoidale, o pulsanti, o comunque di altri tipi, esiste il problema, nella progettazione di un propulsore, di far s? che nel breve intervallo di tempo in cui il campo elettrico determina lo stiramento della particella il valore medio del campo magnetico sia sufficientemente distante dallo zero. Ci? pu? richiedere di progettare un certo determinato sfasamento fra i vettori B ed E, e quindi fra la corrente del campo magnetico e la tensione di quello elettrico.

Un possibile svantaggio ? rappresentato dal fatto che lo sfasamento ora considerato va progettato e messo a punto con molta precisione per ogni apparecchiatura ed ogni sostanza in trattamento, dato che anche un piccolo scostamento dello stesso sfasamento dal valore ottimale pu? portare a riduzioni molto sensibili nelle spinte ottenibili.

Nuclei magnetici (in ferrite) possono essere impiegati negli indutori nel caso di frequenze non molto elevate.

Anche superconduttori (mantenuti alle temperature dell?elio o dell'azoto liquidi) possono essere utilizzati per le spire degli induttori.

L?impiego di magnetrons renderebbe possibile ['utilizzo di fortissimi campi magnetici alle frequenze dell?ordine dei GHz. Ci? presenterebbe, per?, problemi di diff?cile soluzione nella progettazione, soprattutto a causa delle brevi lunghezze d?onda.

Sarebbe, comunque, necessario utilizzare la polarizzazione elettronica, dato che a tali frequenze la polarizzazione molecolare si disattiva, essendo in essa i tempi di stiramento e di rilassamento delle molecole troppo lunghi rispetto al quarto di periodo delle onde.

Le onde del campo elettrico prodotte dal condensatore attivo di ciascun propulsore possono essere sostituite da onde Hertziane ottenute, ad esempio, da un magnetron. Esse, infatti, causano stiramenti delle particelle (atomi o molecole) identici a quelli prodotti da onde di tensione elettrica.

Lo stiramento determinato dalle onde Hertziane su una particella avviene nella stessa direzione delle oscillazioni prodotte neiretere? dalle onde stesse. Occorre quindi, per sfruttare la forza di Lorentz che le onde Hertziane impiegate producano oscillazioni nelle stesse direzioni dei vettori E dei campi elettrici considerati in precedenza. Ci? ? realizzabile in vari modi, uno dei quali, con riferimento allo schema della Fig. 2, pu? essere quello di disporre, in corrispondenza di una lamina dell?armatura del condensatore attivo, un ?lanciatore" del tipo di quello impiegato nei forni a microonde, orientandolo in modo da ?lanciare" le onde verso la lamina opposta (in direzione y). Tali onde possono, poi, essere guidate da un'apposita ?guida d?onda?.

L?utilizzo della polarizzazione elettronica ? l?unica scelta in molti casi, in relazione alla polarizzabilit? degli atomi o delle molecole delle sostanze trattate. La polarizzazione elettronica ? attiva anche alle basse frequenze, alle quali, per?, d? un contributo modesto alle spinte sulle particelle. Questo per il fatto che, anche impiegando tensioni elevate nel campo elettrico, il ?braccio equivalente di momento dipolare? risulta molto piccolo a causa della scarsa deformabilit? degli atomi.

Vantaggi della polarizzazione elettronica sono quello di essere presente per tutte le specie di atomi o molecole e l'altro di avere ?tempi di rilassamento? (dell?ordine di 10<'16 >s) molto inferiori a quelli della polarizzazione molecolare, permettendo l'utilizzo di frequenze elevate, alle quali sono proporzionali le spinte ottenibili.

Gli svantaggi sono rappresentati principalmente dalle lunghezze d'onda brevissime e dalla necessit? di uitilizzare tensioni molto elevate nei condensatori attivi.

Il presente trovato trova una prima applicazione come motore/generatore ed in particolare come pompa per liquidi.

I vantaggi presentati da questa tecnologia rispetto ai gruppi tradizionali [motore elettrico - pompa centr?fuga] risultano notevoli per i fatti seguenti.

? impiego solo di elementi meccanicamente statici, con eliminazione di vibrazioni, di rumorosit? e di tutti gli altri problemi relativi alla presenza di parti mobili,

? grandi risparmi in sede costruttiva considerando che l'apparecchiatura risulta compatta, che viene eliminata la parte girante centrifuga e che gli elementi propulsori, fabbricati in grande serie, avrebbero un costo unitario molto basso, ? rendimenti superiori per il fatto che quelli delle pompe centrifughe sono bassi e scendono rapidamente alle portate ridotte,

? notevoli risparmi nei costi di manutenzione, per l'assenza di contatti di strisciamento o di rotolamento e di superfici di tenuta dei fluidi,

? grandi risparmi costruttivi nel caso di trattamento di liquidi fortemente corrosivi o pericolosi (come, ad esempio, quelli utilizzati nelle centrali nucleari).

Poich? le spinte ottenibili con un singolo propulsore non sono molto elevate, occorre impiegare un certo numero di propulsori in serie che comunque non pregiudica la convenienza di utilizzare una pompa a momento elettrico dipolare rispetto alle soluzioni note.

Le considerazioni fatte su questa tecnologia a momento elettrico dipolare per le pompe per liquidi valgono, in generale, anche per i compressori per gas.

La compressione di gas utilizzando il momento elettrico dipolare ?, per?, meno favorevole del pompaggio di liquidi, a causa delle minori densit? dei gas e della conseguente necessit? di maggiori sezioni di passaggio nelle camere di trattamento e di maggior numero di propulsori.

Questo svantaggio ?, in una certa misura, ridotto in quegli stadi di compressione in cui il gas entrante ha gi? una certa pressione. Ne consegue che l?utilizzo della tecnologia a momento elettrico dipolare per i compressori per gas pu? essere conveniente, rispetto ai gruppi tradizionali [motore elettrico - compressore centrifugo] solo in alcuni casi..

Nella compressione di gas apolari ? necessario utilizzare la polarizzazione elettronica, che pu? assicurare sufficienti momenti dipolari, anche se non elevati, in tutte le specie di atomi e molecole, operando a tensioni elettriche molto alte.

In accordo con il presente trovato, si potrebbero inoltre costruire propulsori per sostanze solide in pezzi, o in polvere, o in sospensione, come, ad esempio, frumento in chicchi, latte in polvere, polvere di carbone sospesa in acqua, ecc.. Tuttavia, nella costruzione di simili apparecchiature, nonostante le basse spinte generalmente occorrenti, ? necessario realizzare camere di trattamento con ampie sezioni di passaggio.

In accordo con il presente trovato, un motore elettrico rotativo pu? essere realizzato secondo uno degli schemi precedentemente descritti, e precisamente secondo quello dell'elicotrone, ponendo una sostanza polare (a polarizzazione intrinseca o ionica) liquida o, preferibilmente solida, entro la serpentina elicoidale situata fra i due avvolgimenti primario e secondario, e bloccando la serpentina stessa alle estremit? e in altri punti intermedi.

L'avvolgimento primario ? sistemato nello statore. La serpentina, insieme con l?avvolgimento secondario, ? posta nel rotore. L?avvolgimento secondario ? lasciato aperto alle estremit?.

In tal modo non si ha alcun collegamento elettrico fra statore e rotore.

Il presente trovato ha applicazione anche come generatore di eletricit? alimentato da liquidi (per il quale valgono le stesse considerazioni fatte per il pompaggio di liquidi) e come generatore di elettricit? alimentato da gas, (per il quale valgono le stesse considerazioni fatte per la compressione di gas).

II presente trovato ha anche applicazione come indicatore di portata per fluidi.

Un apparecchio di misura di portata di fluidi con la tecnologia a momento elettrico dipolare si costruisce come un generatore di elettricit?.

Rispetto ai metodi tradizionali di misura un tale indicatore ha il vantaggio di non richiedere sensibili perdite di carico per il passaggio dei fluidi.

Esso, per?, richiede un adeguato alimentatore, che pu? essere, comunque, condiviso fra diversi indicatori ed, eventualmente, con pompe o compressori.

Il presente trovato trova utilizzo anche come separatore di componenti da una miscela.

La separazione di componenti chimici con la tecnologia a momento elettrico dipolare presenta alcuni problemi molto complessi, che la differenziano dalle altre applicazioni qui considerate della stessa tecnologia.

Nell'utilizzo come motore o generatore (anche se la sostanza in trattamento ? una miscela di due o pi? componenti chimici) si tratta di un processo di propulsione totale, in cui la spinta sulle particelle (atomi o molecole) viene utilizzata totalmente, mentre nella separazione di due componenti chimici si ha un processo di propulsione differenziale, in quanto ? utilizzabile solo la spinta differenziale calcolabile separatamente sulle particelle dei due componenti stessi.

Nei liquidi miscibili i momenti elettrici dipolari delle particelle interagiscono fra di loro anche in assenza di campi elettromagnetici. Questi momenti elettrici dipolari non hanno influenza sulle spinte utilizzabili nel caso della propulsione totale. Nella propulsione differenziale, invece, la spinta differenziale esercitata su due particelle eterologhe viene, generalmente, diminuita per effetto dei momenti elettrici dipolari fra le particelle. Questa diminuzione pu? essere notevole, portando, in certi casi ad una impossibilit? pratica di separazione dei componenti.

Nei gas le interazioni fra l momenti elettrici dipolari delle particelle si possono considerare come assenti. Nella propulsione differenziale la spinta differenziale esercitata su due particelle eterologhe viene, generalmente, anche per i gas, diminuita. Questo, tuttavia, non per effetto dei momenti elettrici dipolari come avviene per i liquidi, ma per gli urti fra le molecole, i quali tendono a ridurre le differenze di velocit? fra molecole eterologhe. Anche nel caso dei gas questa diminuzione pu? essere notevole.

Con riferimento alla separazione di liquidi, rispetto alla tecnica tradizionale pi? sopra descritta, con la presente innovativa tecnologia a momento elettrico dipolare differenziale si introduce in un punto intermedio di un tubo di trattamento, internamente vuoto, una miscela liquida di due o pi? componenti chimici. I due componenti, o i due gruppi di componenti da separare, migrano ciascuno verso un'estremit? del tubo, dalla quale vengono estratti.

Le particelle (atomi o molecole) dei componenti vengono assoggettate a spinte assiali proporzionali non alle loro masse (come avviene, ad esempio, nelle centrifughe o nel campo della gravit?), ma ai loro momenti elettrici dipolari.

Si definisce come spinta volumetrica su un componente il rapporto fra la spinta su una particella da momento elettrico dipolare ed il volume medio occupato dalla particella stessa. L?unit? di misura per tale spinta ? il N/m<3 >La separazione fra due componenti avviene in base alla loro spinta volumetrica differenziale.

Questa spinta volumetrica differenziale pu? essere confrontata con la differenza nei pesi specifici di due liquidi non miscibili sottoposti all?azione della gravit?.

Nel confronto col metodo tradizionale, l?equivalente di un piatto di distillazione ? un tratto del tubo che costituisce la camera di trattamento. L?interno del tubo ? vuoto, e ci? comporta enormi semplificazione e riduzione di costi di costruzione rispetto al sistema a colonne di distillazione.

l risparmi nei costi di esercizio sono, rispetto a quello tradizionale della distillazione, molto elevati, soprattutto per il fatto che si evita la vaporizzazione di liquidi in quantit? che possono essere un multiplo anche elevato di quella del liquido di alimentazione, come nel caso, gi? menzionato, della separazione propanopropilene.

Oltre ai risparmi costruttivi, di esercizio e di manutenzione si pu? considerare anche il vantaggio di avere strutture pi? compatte e sistemate orizzontalmente, anzich? verticalmente. Infatti, in una colonna di distillazione i piatti sono impilati verticalmente e, quando la colonna risulta molto alta (ad esempio, oltre i 60 metri), essa viene suddivisa in due o pi? parti collegate in serie.

La tecnologia a momento elettrico dipolare trova applicazione anche nel caso della separazione di gas.

Anche nel caso dei gas si introduce in un punto intermedio di un tubo di trattamento una miscela gassosa di due o pi? componenti chimici. I due componenti, o i due gruppi di componenti, da separare, migrano ciascuno verso un?estremit? del tubo, dalla quale vengono estratti.

Una differenza rispetto al caso dei liquidi ? che l'agitazione della massa gassosa entro il tubo deve essere molto bassa. A tale scopo il tubo di trattamento, anzich? essere internamente vuoto, pu? essere riempito opportunamente da materiale inerte, per ridurre le turbolenze.

La separazione avviene, anche nel caso dei gas, in base alla spinta volumetrica differenziale sui componenti da separare. Sempre nel caso dei gas, tale spinta aumenta, pressoch? proporzionalmente, con la pressione ed ? proporzionale alla differenza fra le spinte sulle molecole, dato che queste occupano lo stesso volume per tutti i componenti (secondo il principio di Avogadro).

Sono necessarie fortissime tensioni per il campo elettrico, se si utilizza la polarizzazione elettronica, poich? il momento elettrico dipolare prodotto nelle particelle da tale polarizzazione ? proporzionale all'intensit? del campo elettrico applicato secondo una costante di proporzionalit? [a] estremamente piccola, data la scarsa deformabilit? degli atomi.

Un primo ESEMPIO pu? essere la separazione di azoto e ossigeno dall'aria utilizzando la polarizzazione elettronica^

Le costanti di polarizzabilit? [?' = ? / (4???)] sono state rilevate dalla letteratura attraverso Internet. La costante d?influenza elettrica B<J ha il valore, in unit? SI (Standard International) 8.8542? 10<"12>.

Per un'intensit? di campo elettrico di 50000 V/cm (5-10<6 >V/m) si hanno i seguenti ?bracci equivalenti di momento dipolare ??:

Impiegando, ad esempio, una frequenza di 1 GHz (f = 10<? >s<'1>), la ?velocit? equivalente di elettrone v" risulta:

<1 B 5>

Se si riesce a realizzare nel tubo di trattamento una induzione di 50 mT (millitesla), le spinte sulle due molecole risultano:

II numero di molecole per unit? di volume, uguale per i due componenti, in condizioni normali (0?C e 760 mm Hg) si calcola in base alle costanti di Avogadro (6.02252 10<23 >molecole/g-mole e 0.022414 m<3>/g-mole). Il volume medio occupato da una molecola risulta

Introducendo nel tubo di trattamento aria (preferibilmente essiccata) a 25 Kg/cm<2 >effettivi (25 ate) e 50 ?C la spinta volumetrica differenziale diventa 2.9153 <? >[(25 1.033)/1.033] ? (273 / 323) = 62.097 N/ m<3>.

La stessa spinta volumetrica differenziale pu?, poi, essere aumentata con successivi perfezionamenti, ad esempio con un aumento della pressione o dell'induzione magnetica (con utilizzo di nuclei magnetici, superconduttori, ecc. secondo le possibilit? di cui si ? detto in precedenza).

Per confronto si pu? pensare alla separazione fra aria e C02 che si ha spontaneamente sui terreni adiacenti alle perforazioni degli impianti geotermici. Una tale separazione ? effettiva ed anche significativa su un'altezza di alcuni metri dal suolo, in assenza di agitazione, alle condizioni atmosferiche, alle quali la spinta volumetrica differenziale dovuta alla gravit? e alla differente massa delle molecole ? intorno ai 6 N/ m<3>.

Una possibilit? pu? essere vista anche nella separazione dei gas H2 e CO, prodotti in miscela in numerosi processi dell'industria chimica. La separazione sarebbe agevole utilizzando la polarizzazione molecolare, dato che la molecola CO ha un momento elettrico dipolare intrinseco, mentre l?altra molecola H2 non ne ha. Ci? permette, fra l?altro, di utilizzare tensioni per il campo elettrico dell?ordine delle migliaia, anzich? di centinaia di migliaia, di Volt, non essendo necessario produrre nella miscela da trattare una polarizzazione elettronica.

Un?altra applicazione ? la separazione di eletroliti da liquidi, come ? il caso, ad esempio, della dissalazione dell?acqua di mare.

Si utilizza la polarizzazione ionica. Introducendo in un tubo di trattamento, in un punto intermedio, l?acqua di mare, si possono ottenere ad un?estremit? del tubo una soluzione concentrata di sale, e all?altra estremit? acqua dissalata.

Questo tipo di separazione avrebbe il vantaggio rappresentato da ?bracci di momento elettrico dipolare? molto maggiori di quelli considerati nelle polarizzazioni non ioniche. Infatti le migrazioni degli ioni dovute ad una inversione del campo elettrico sono di un ordine di grandezza superiore a quello delle ''elongazioni" considerate in precedenza per lo ?schematico elettrone equivalente" negli altri tipi di polarizzazione.

Il propulsore trova applicazione anche per la purificazione di sostanze chimiche allo scopo di eliminare, fino ad alto grado, impurit? da sostanze chimiche per le quali occorre raggiungere una estrema purezza, come reagenti per analisi chimiche e prodotti intermedi per la produzione di cristalli di silicio o di arseniuro di gallio (per computers o applicazioni fotovoltaiche).

Un?altra applicazione industriale pu? essere quella della separazione degli isotopi di atomi, in particolare la separazione degli isotopi dell?idrogeno e dell?uranio.

Nel caso dell'idrogeno, la separazione viene fatta su idrogeno allo stato combinato, come acqua (miscela di H20, D20 e T20)) e in fase liquida.

Sembrerebbe, a prima vista, che una separazione H20-D20 con questa tecnologia a momento elettrico dipolare sia impossibile, non avendo apprezzabili differenze n? l?ingombro volumetrico delle due molecole, n? i loro momenti elettrici dipolari (intrinseci o indotti da un campo elettrico esterno), per cui la spinta volumetrica differenziale, calcolata come definita a proposito della separazione dei liquidi, risulterebbe nulla.

Occorre, per?, considerare che il fenomeno reale in questo caso particolare ? molto complesso.

Nell?acqua allo stato liquido due molecole identiche di H20 adiacenti subiscono una polarizzazione, aggiuntiva a quella intr?nseca molecolare, per il solo fatto di essere a distanza ravvicinata l'una dall'altra. Tale polarizzazione aggiuntiva ? diversa fra una coppia di molecole H20 contigue e un?altra coppia di molecole D20 anch?esse contigue, per fenomeni dovuti, principalmente, al fatto che una molecola D20 ha un nucleo pi? massivo di quello di una molecola H20.

I momenti elettrici dipolari di tutte le anzidette molecole in fase liquida influenzano il loro comportamento fisico, con particolare riguardo al punto di ebollizione. I punti di ebollizione di H20 e D20 differiscono, anche se di poco (1.4 ?C), e il comportamento delle due molecole differisce anche nei fenomeni di elettrolisi. Si pu?, allora, ritenere che le due sostanze presentino comportamenti leggermente diversi, per effetto della loro polarizzabilit?, anche nel riguardi delle spinte volumetriche a cui verrebbero sottoposte nella tecnologia, qui considerata, a momento elettrico dipolare.

Per una separazione H20-D20 occorre un tubo di trattamento molto lungo, ma i costi di costruzione sono molto inferiori a quelli dei corrispondenti impianti tradizionali (per distillazione o per elettrolisi), e minimi sono i consumi energetici. Nel caso della separazione degli isotopi di uranio, la separazione verrebbe fatta su uranio sotto forma di esafluoruro in fase liquida. Valgono, per la separazione degli isotopi U235 e L>238, le stesse considerazioni fatte per il caso dell'idrogeno.

Pertanto il trovato trova applicazione come separatore ad esempio per separazione di miscele liquide o gassose di propano-propilene, separazione di azoto e ossigeno dall?aria in fase gassosa, dissalazione dell?acqua di mare, purificazione di sostanze per cui ? richiesta un?estrema purezza, come reagenti per analisi chimiche, e separazione di isotopi di atomi.

In definitiva, le spinte sulla sostanza in trattamento vengono prodotte esercitando sulle particelle della sostanza stessa (atomi o molecole) una forza di Lorentz, intermittente e diretta sempre in un solo senso, ottenuta sottoponendo la sostanza ad una combinazione di un campo magnetico e di uno elettrico, alternati ed isofrequenziali. La velocit? necessaria per la produzione della forza di Lorentz ? ottenuta facendo spostare, ad ogni inversione del campo elettrico, le cariche elettriche positive e negative delle particelle sfruttando il loro momento elettrico dipolare preesistente o indotto dal campo elettrico.

In alternativa, la combinazione campo magnetico/campo elettrico pu? essere sostituita dalla combinazione campo magnetico/onde Hertziane, realizzata in modo da sfruttare sempre il momento elettrico dipolare delle particelle.

Nel trattamento di una miscela di componenti chimici le spinte sulle particelle risultano diverse per le differenti propriet? fisiche delle particelle stesse. Ci? permette di separare i componenti.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettromagnetico per accelerare molecole elettricamente neutre di una sostanza (fluida o solida), caratterizzato dal fatto che comprende: - un tubo di trattamento in materiale non conduttore, nel quale ? immessa la sostanza da trattare; - circuiti elettromagnetici statici che circondano detto tubo di trattamento esercitando sulla sostanza da trattare azioni elettromagnetiche che la spingono assialmente utilizzando il momento elettrico dipolare delle molecole.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il tubo di trattamento ? rettilineo o elicoidale.
3. 3. Motore per la propulsione lineare o compressione di fluidi (liquidi e gas) o di solidi (in pezzi, in polvere o in sospensione in liquidi), caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2.
4. 4. Generatore di elettricit? alimentato da fluidi sotto pressione, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2.
5. 5. Separatore di sostanze chimiche in fase liquida o gassosa, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2.
6. 6. Separatore di isotopi di atomi, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2.
7. 7. Indicatore di portata per fluidi, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2.
8. 8. Motore elettrico rotativo senza collegamenti elettrici fra statore e rotore, caratterizzato dal fatto di comprendere un dispositivo secondo le rivendicazioni 1 e 2.
9. 9. Metodo di trattamento di molecole elettricamente neutre di una sostanza (fluida o solida), caratterizzato dal fatto che prevede di accelerare dette molecole utilizzando il loro debole momento elettrico dipolare, sottoponendole ad una combinazione di un campo magnetico e di uno elettrico o, in alternativa, di un campo magnetico e di uno ad onde Hertziane, alternati e isofrequenziali sfruttando la forza di Lorentz dell?elettrologia.