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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2018.tde-04102018-133241
Documento
Autor
Nome completo
Carlos Vinicius Xavier Bessa
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2018
Orientador
Banca examinadora
Horikawa, Oswaldo (Presidente)
Gandra, Flávio Cesar Guimarães
Alves, Cleber Santiago
Landgraf, Fernando Jose Gomes
Oliveira Junior, Silvio de
Título em português
Métodos analí­ticos para o cálculo de desempenho de motores termomagnéticos do tipo tesla.
Palavras-chave em português
Conversão de energia elétrica
Efeito termomagnético
Energia térmica
Motores térmicos
Termodinâmica
Trabalho e eficiência
Resumo em português
Motores termomagnéticos são dispositivos capazes de converter calor em energia mecânica através do efeito termomagnético, e são uma alternativa para a conversão de energia de rejeitos térmicos de baixa e baixíssima qualidade. Neste trabalho é proposta uma classificação dos motores termomagnéticos como sendo de dois tipos, os motores tipo Edison e os motores tipo Tesla. Feita a classificação, diferenciou-se o comportamento de operação e os ciclos termodinâmicos desenvolvidos pelos dois tipos de motores, mostrando que motores do tipo Tesla desenvolvem um ciclo termodinâmico que pode ser aproximado por um ciclo Brayton magnético, já motores do tipo Edison descrevem um ciclo mais complexo, não podendo ser aproximado por um ciclo Brayton. Compararam-se os parâmetros de interesse para ambos os motores através de análises termodinâmicas, onde se concluiu que motores do tipo Tesla apresentam melhores respostas de trabalho e eficiência que motores do tipo Edison, quando são consideradas as mesmas condições de operação. Além disso, identificou-se que a equação de força de Kelvin é a equação que corretamente descreve o comportamento da força magnética em um motor termomagnético, essa contribuição é importante, pois vários trabalhos publicados na literatura utilizam equações que não descrevem corretamente o comportamento da força magnética. Mostrou-se que o trabalho produzido em um motor termomagnético é igual ao trabalho produzido pela força magnética resultante no dispositivo. Foi desenvolvida e validada uma metodologia para o cálculo do trabalho específico produzido em um motor do tipo Tesla. Utilizando as metodologias validadas, verificou-se como a temperatura, o campo magnético aplicado, o fator de desmagnetização e o tipo de transição influenciam o comportamento dos motores termomagnéticos tipo Tesla, o que abre caminho para o desenvolvimento de dispositivos mais interessantes do ponto de vista termodinâmico.
Título em inglês
Analytical methods for the performance calculation of tesla type thermomagnetic motors.
Palavras-chave em inglês
Thermal energy conversion
Thermomagnetic effect
Thermomagnetic motors
Work and efficiency
Resumo em inglês
Thermomagnetic motors are devices capable of converting heat into mechanical energy through the thermomagnetic effect. These devices are able to operate using low or very low quality thermal waste, being an alternative to avail that range of thermal energy. This work classifies the thermomagnetic motors in two types: The Tesla type and the Edison type thermomagnetic motors, differentiating the operational behavior and the thermodynamic cycles developed in each type. By using thermodynamic approaches, it is shown that the Tesla type thermomagnetic motors have best response in terms of work and efficiency than the Edison type thermomagnetic motors, when the same operating conditions are considered. In addition, an experimental approach is presented, proving that the Kelvin force equation describes the behavior of the force in thermomagnetic motors, and the work produced in a motor is the same that the work produced by the resultant magnetic force in the system. It was developed and validated a method to estimate the work produced by cycle in a Tesla type thermomagnetic motor, and using thermodynamic approaches, the relevance of the temperature, applied magnetic field, demagnetizing factor and transition type in the Tesla type thermomagnetic motor were verified.
 
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Data de Publicação
2018-10-08
 
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