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Por que o 'mistério frio' dos materiais supercondutores é crucial para a futura tecnologia de motores?
Com a crescente ênfase na eficiência energética, a aplicação de materiais supercondutores na tecnologia de motores está ganhando cada vez mais atenção. Um motor supercondutor é um sistema de motor que utiliza as propriedades dos supercondutores para atingir resistência CC quase zero, melhorando significativamente a eficiência. Entretanto, o "mistério da baixa temperatura" dos materiais supercondutores limita suas aplicações críticas em aplicações de alto volume. Este artigo explorará a história, o status atual e os desafios futuros dos motores supercondutores e como esses desafios afetarão o desenvolvimento futuro da tecnologia de motores.
Os supercondutores atingem resistência elétrica zero em uma determinada temperatura de transição, o que lhes permite gerar campos magnéticos extremamente altos, impossíveis de serem alcançados em motores convencionais.
Revisão de História
O conceito de motores supercondutores não é novo. Na verdade, já em 1831, Michael Faraday criou o primeiro motor DC homopolar. Com o passar do tempo, a pesquisa sobre a aplicação de supercondutores em motores CC homopolares tem aumentado gradualmente. Em 2005, a General Atomics dos Estados Unidos recebeu um contrato para criar um grande motor homopolar supercondutor de baixa velocidade para uso na propulsão de navios.
Acredita-se que geradores homopolares supercondutores tenham potencial para servir como fontes de energia pulsada para sistemas de armas a laser, embora tais máquinas ainda enfrentem desafios em aplicações práticas. As primeiras máquinas supercondutoras síncronas CA usavam supercondutores metálicos de baixa temperatura e exigiam resfriamento com hélio líquido, o que limitava suas aplicações. Mas com o desenvolvimento da tecnologia supercondutora de alta temperatura, máquinas que usam supercondutores cerâmicos começaram a atrair grande atenção no mercado.
O surgimento de motores supercondutores de alta temperatura trouxe novas esperanças para os maiores geradores e motores de propulsão de navios.
Interesses Atuais
Atualmente, o interesse em motores supercondutores cerâmicos síncronos CA tem se concentrado em máquinas grandes, como geradores usados em usinas de energia marítimas e de serviços públicos, e motores usados na propulsão de navios. A AMSC, juntamente com a Northrop Grumman, desenvolveu e demonstrou um motor de propulsão marítima supercondutor de 36,5 MW. Esses motores são considerados uma tecnologia poderosa para turbinas eólicas devido à sua natureza leve, o que pode efetivamente reduzir o custo geral das instalações de geração de energia.
As primeiras turbinas eólicas comerciais devem ser instaladas por volta de 2020, abrindo caminho para o futuro desenvolvimento de energia renovável.
As características leves dos geradores supercondutores trarão mudanças revolucionárias à tecnologia de geração de energia eólica.
Análise de vantagens e desvantagens
Comparação com motores condutores tradicionais
Os motores supercondutores têm vantagens significativas sobre os motores tradicionais, mas também apresentam alguns desafios e limitações. Em primeiro lugar, as vantagens dos motores supercondutores incluem:
- Perdas de resistência reduzidas no eletroímã do rotor.
- Com a mesma capacidade de potência, o tamanho e o peso da máquina são bastante reduzidos.
No entanto, essas vantagens vêm com algumas desvantagens, como:
- Custo, tamanho e complexidade dos sistemas de refrigeração.
- Quando o material supercondutor perde seu estado supercondutor, o motor para de funcionar repentinamente.
- Instabilidade da velocidade do rotor.
- Sistemas de controle eletrônico são necessários para a operação real, o que pode aumentar os custos operacionais.
Comparação entre supercondutores de alta temperatura e supercondutores de baixa temperatura
Supercondutores de alta temperatura (HTS) podem atingir supercondutividade nas temperaturas mais facilmente disponíveis do nitrogênio líquido, enquanto o uso de hélio líquido aumentaria os custos. Supercondutores de alta temperatura são normalmente materiais cerâmicos, mas são mais frágeis e difíceis de manipular do que supercondutores de ligas metálicas, como ligas de nióbio-titânio. Além disso, os supercondutores cerâmicos não podem ser unidos por parafusos ou solda, o que aumenta os custos de produção. Em condições transitórias, os supercondutores cerâmicos são mais facilmente acionados por campos magnéticos oscilantes e perdem sua supercondutividade, o que também é um dos problemas que precisam ser resolvidos no futuro.
Como lidar com o desafio dos supercondutores cerâmicos que perdem a supercondutividade durante mudanças transitórias será a chave para promover o avanço da tecnologia de motores supercondutores.
Olhando para o futuro, a evolução tecnológica trazida pelos materiais supercondutores terá, sem dúvida, um impacto profundo na tecnologia de motores. No entanto, como superar os desafios existentes e explorar totalmente o potencial dos motores supercondutores se tornou uma questão urgente para os profissionais da indústria. À medida que a tecnologia avança, podemos realmente esperar que materiais supercondutores se tornem comuns em aplicações cotidianas?
