11

LEVITALEVITAÇÇÃO MAGNÃO MAGNÉÉTICA: TICA: AplicaAplicaçções em sistemas ões em sistemas de transportede transporte

R.M. R.M. StephanStephan

1. Introdução (técnicas de levitação)

2. Levitação Eletromagnética (EML)

3. Levitação Eletrodinâmicas (EDL)

4. Levitação Supercondutora (SML)

5. Comparação entre as Técnicas de Levitação

6. Nichos de Aplicação dos Sistemas MagLev

6.1 Transporte Urbano (projeto MagLev-Cobra)

6.2 Transporte Interurbano (TAV Rio – São Paulo)

7. Conclusão e Discussão

22

MecânicaMecânicaPressão de arPressão de arAerodinâmicaAerodinâmica

ElEléétricatricaForForççaa eletrosteletrostááticatica

MagnMagnééticaticaEletrodinâmicaEletrodinâmica (f = i x B)(f = i x B)

Imã PermanenteImã PermanenteCorrente Alternada (CACorrente Alternada (CA))

EletromagnEletromagnéética (tica (µµ >>1)>>1)Imã Permanente (passivo)Imã Permanente (passivo)AtivoAtivo

DiamagnDiamagnéética tica Normal (Normal (µµ < 1)< 1)Supercondutora (Supercondutora (µµ = 0)= 0)

1. Introdu1. IntroduççãoãoTTéécnicascnicas de Levitade Levitaççãoão

33

ForForçça eletrosta eletrostááticatica

44

Força Eletrodinâmica (Lorentz): F = Q ( v x B )

Força Eletromagnética:

Energia Armazenada = Wa = (1/2) (1/2) ∫∫ BB..HH dVdV

Wa = (1⁄2) Ba Ha Va = (1⁄2) Ba Ha Aa x

F = ∂Wa /∂x = (1⁄2) Ba Ha Aa

F/ Aa = (1⁄2µ0) (Ba)2

para B=1T F/ Aa = 40 N/cm2 ~ 4 atm

Força Diamagnética: F = m. B

ForForçças magnas magnééticasticas

55

Ímã Permanente

LevitaLevitaçção Eletromagnão Eletromagnéética Passivatica Passiva

2. Levita2. Levitaçção Eletromagnão Eletromagnéética (EML)tica (EML)

Samuel Earnshaw, “On the Nature of the Molecular Forces which Regulate the Constitution of the Luminiferous Ether”. Trans. Camb. Phil. Soc., V7, pp. 97-112, 1842.

66

LevitaLevitaçção Eletromagnão Eletromagnéética Passivatica Passiva

77

LevitaLevitaçção Eletromagnão Eletromagnéética Ativatica Ativa

88

LevitaLevitaçção Eletromagnão Eletromagnéética Ativatica Ativa

99

LevitaLevitaçção Eletromagnão Eletromagnéética tica -- TranrapidTranrapid em em XanghaiXanghai

1010

3. Levita3. Levitaçção Eletrodinâmica (EDL)ão Eletrodinâmica (EDL)

1111

LevitaLevitaçção Eletrodinâmicaão Eletrodinâmica

1212

1313

LevitaLevitaçção Eletrodinâmica ão Eletrodinâmica –– Linha de Linha de YamanashiYamanashi

1414

4. Levita4. Levitaçção Supercondutora ão Supercondutora -- SMLSML

1515

ForForççaa diamagndiamagnééticatica

1616

5. Comparação de forças

101044SMLSML

1001002525EDLEDL

10104040EMLEML

‘‘gapgap’’ usualusual(mm)(mm)

PressãoPressão(N/cm(N/cm22))

MMéétodotodo de de levitalevitaççãoão

1717

Comparação SML x EML

1,7 kW/t0,0 kW/t

velocidade tração levitaçãoSML

levitação EML

70 km/h 150 kW ~ 0 kW 500 kW

450 km/h 10.500 kW ~ 0 kW 500 kW

1818

Tecnologia SML

2.000,002.000,0095 kg95 kg1m (duplo) 1m (duplo) linha imãslinha imãs

98.000,0098.000,001m 1m MagLevMagLev4 criostatos4 criostatos

24.500,0024.500,0020 kg20 kgC = 437C = 437L = 182L = 182H = 109H = 109

criostatocriostatocc/24 /24 blocosblocos

430,00430,0027 US$/g27 US$/g(**)(**)

0,16kg0,16kg6,59 kg/dm6,59 kg/dm33

64x32x1264x32x12YBCOYBCO

40,0040,0021 US$/21 US$/kkgg

1,86kg1,86kg7,44 kg/dm7,44 kg/dm3(*)3(*)

100x50x50100x50x50NdFeBNdFeB

Custo Custo (US$)(US$)

1 EU = 1,5 US$1 EU = 1,5 US$

Peso /Peso /DensidadeDensidade

DimensãoDimensão(mm)(mm)

MaterialMaterial

(*) Fe 7,8 kg/dm3 (**) Ouro 28 US$/g

1919

6. Nichos de Aplica6. Nichos de Aplicaççãoão6.1 Transporte Urbano (6.1 Transporte Urbano (MagLevMagLev--CobraCobra))

ReduReduçções de custos em relaões de custos em relaçção ao Metrôão ao Metrô

Carga distribuCarga distribuíída ao longo do veda ao longo do veíículoculoMetade do peso totalMetade do peso totalRaio mRaio míínimo de inscrinimo de inscriçção 30 mão 30 mRampas de atRampas de atéé 15%15%Metade da Metade da áárea de escavarea de escavaççãoãoMenor custo operacionalMenor custo operacionalMenor impacto Menor impacto ambientalambiental

1/3 do custo1/3 do custo

2020

Carga distribuCarga distribuíída ao longo do veda ao longo do veíículoculo

P

L

q

M1 = PL/4

M2 = qL2/8

M1 = 2 M2

2121

Metade do peso totalMetade do peso totalEspecificaEspecificaççãoão UnidadeUnidade VLTVLT MAGLEVMAGLEVLargura Largura mm 2,702,70 2,702,70Altura Altura mm 3,803,80 2,702,70Comprimento Comprimento mm 25,5025,50 25,5025,50Altura do PisoAltura do Piso mm 0,950,95 0,200,20BitolaBitola mm 1,601,60 1,601,60Massa do Carro VazioMassa do Carro Vazio kgkg 37.00037.000 10.20010.200Passageiros sentadosPassageiros sentados quantidadequantidade 5959 5959Passageiros em pPassageiros em péé quantidadequantidade 195195 195195LotaLotaçção de passageirosão de passageiros quantidadequantidade 254254 254254Massa do Carro LotadoMassa do Carro Lotado kgkg 54.78054.780 27.98027.980

2222

Raio mRaio míínimo de inscrinimo de inscriççãoão

Veículo Ferroviário Comum

Raio mínimo 250 m

2323

Raio mRaio míínimo de inscrinimo de inscriççãoão

MAGLEV Cobra

Raio mínimo 30 m

2424

RampasRampas de atde atéé 15%15%

2525

Metade da Metade da áárea de escavarea de escavaççãoão

Seção retangular

mínimo 14 m2

Seção circular mínimo 7 m2

2626

Menor custo operacionalMenor custo operacional

Motor linear de simples manutenMotor linear de simples manutenççãoãoSem trilhos e rodas para desgastarSem trilhos e rodas para desgastarMenor consumo de energiaMenor consumo de energia

2727

Gasto de Energia no Transporte de Passageiros(em kJ por passageiro-quilômetro)

MODALIDADE Mínimo Máximo Médio Eq.MaglevAndar a pé 95 355 225 9Bicicleta 60 140 100 4Hidroviário 120 1.100 610 24,4Ferroviário 150 2.000 1.075 43Aéreo 900 7.500 4.200 168Ônibus 200 2.000 1.100 44Automóvel 600 5.000 2.800 112Moto 800 1.800 1.300 52Maglev 25 1

2828

ImpactoImpacto ambientalambiental

<<

Campo Magnético

1.0 E-02 T

2929

Impacto ambientalImpacto ambiental

60 dB60 dB(valor estimado)(valor estimado)

MagLevMagLev--CobraCobra80 km/h80 km/h

73 dB73 dBTransrapid Transrapid 200 km/h200 km/h

80 dB80 dBMetrô Metrô 80 km/h80 km/h

Ruído audível

dB = 10 log (S/R)

- 3 dB metade

-10 bB 10 vezes menor

-20 bB 100 vezes menor

3030

MagLevMagLev--CobraCobra

3131

MagLevMagLev--CobraCobra

3232

MagLevMagLev--CobraCobra

3333

MagLevMagLev--CobraCobra

TRAFO

Y - Δ 500 V

+

-

+

INV 1 INV 2 INV 3 INV 4

3Ø

3434

MagLevMagLev--CobraCobra

CT1

CT2

3535

Ligando AeroportosLigando Aeroportos

3636

Ecologicamente corretaEcologicamente correta -- menor poluimenor poluiçção sonora e ão sonora e ambiental, menor consumo de energia.ambiental, menor consumo de energia.

Economicamente corretaEconomicamente correta -- menor custo de menor custo de implantaimplantaçção e manutenão e manutençção.ão.

Politicamente corretaPoliticamente correta -- tecnologia nacional com tecnologia nacional com oportunidade de crescimento industrial e cientoportunidade de crescimento industrial e cientíífico.fico.

Tecnicamente corretaTecnicamente correta ––levitalevitaçção mais vantajosa que o ão mais vantajosa que o mméétodo eletromagntodo eletromagnéético ou eletrodinâmico. tico ou eletrodinâmico.

Socialmente corretaSocialmente correta -- facilitarfacilitaráá a mobilidade urbana.a mobilidade urbana.

MagLevMagLev--CobraCobra:: quebra de paradigmasquebra de paradigmas..

3737

6. Nichos de Aplica6. Nichos de Aplicaççãoão6.2 Transporte Interurbano (TAV Rio6.2 Transporte Interurbano (TAV Rio--São Paulo)São Paulo)

- 50 km de túneis e viadutos x 200 km da proposta TAV

- menor ruído audível (10 vezes menos à 300 km/h)

- maior número de paradas para igual tempo de viagem

- menor tempo de implantação

- menor consumo energético

- manutenção mais simplesR. Nicolsky – Levitando de São Paulo ao Rio, Folha de São Paulo, 18/02/1997

R.M.Stephan, E.G. David – A opção pela ousadia, O Globo, 04/04/2009

R.M.Stephan – O futuro sem rodas, Jornal do Brasil, 09/08/2009

R.M.Stephan – Reflexões sobre o projeto TAV, Folha de São Paulo, 11/01/2010

3838

Afinal, a história nos ensina que a quebra de paradigmas costuma ser benéfica.

Algumas vezes demora, infelizmente!

3939

2010

http://www.http://www.deedee..ufrjufrj..brbr//lasuplasup

4040

AgradecimentosAgradecimentos::CNPqCNPq––CAPESCAPES––FAPERJ FAPERJ pelopelo apoioapoio financeirofinanceiroRobeto NicolskyRobeto NicolskyRubens de Andrade Jr.Rubens de Andrade Jr.Antônio Carlos FerreiraAntônio Carlos FerreiraGuilhermeGuilherme GonGonççalvesalves SoteloSoteloOcioneOcione JosJoséé MachadoMachadoEduardo Eduardo MottaMottaDaniel Daniel DiasDiasSSéérgiorgio FerreiraFerreirae e muitosmuitos outrosoutros ……

4141

GratoGrato pela atenpela atençção !ão !

4242

Impacto ambientalImpacto ambiental

Emissão de CO2 no transporte

MODALIDADE Combust. Unidade kgCO2/unid. Passag. Consumo Unid/pax kg.CO2/paxAvião 373 QAV litro 2,40 105 4300 40,95 98,08Autom 1.4 Gasolina litro 2,17 3 37 12,22 26,52Van Diesel litro 2,62 10,5 55 5,24 13,72Ônibus Diesel litro 2,62 35 176 5,03 13,17Trem Diesel litro 2,62 175 880 5,03 13,17TAV Eletricidade kWh 0,4 175 1626 9,29 3,72Maglev Eletricidade kWh 0,4 175 1138 6,50 2,60