BRPI1103100A2 - ultracentrÍfuga de levitaÇço magnÉtica estabilizada por empuxo - Google Patents
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Abstract
ULTRACENTRÍFUGA DE LEVITAÇçO MAGNÉTICA ESTABILIZADA POR EMPUXO. Constituída por um motor homopolar de levitação magnética formado por um imã cilíndrico inferior (1), apresentando sobre si dois cilindros paralelos de bismuto ou grafite (2), entre os quais se situa, no vácuo, um rotor (3) constituído por um disco isolante elétrico inferior (4) e por dois imãs cilíndricos paralelos (5 e 6) de NbFeB (Neodímio, Ferro e Boro) ou AINiCo (Alumínio, Níquel e Cobalto) unidos entre si por meio de um ciIindro oco de aço (7), cuja parte interna se comunica com o exterior através de um canal central vertical (8) dentro do ímã superior, por onde se injeta e se retira a amostra a ser centrifugada, que gira devido ao efeito do campo magnético sobre a corrente (9) elétrica que percorre o mercúrio ou gálio (10), o rotor (3) e o recipiente metálico (11) superior contendo mercúrio ou gálio até atingir o pólo positivo (12) solidário à carcaça metálica (13). A presente invenção tem aplicação nas áreas de centrifugas e ultracentrífugas para uso industrial ou doméstico.
Description
ULTRACENTRIFUGA DE LEVITAQAO MAGNETICA ESTABILIZADA POR EMPUXO
Campo de Invencao
5
A presente invengao tem aplicagao nas areas de centrifugas e ultracentrifugas para uso industrial ou domestico.
A presente invengao refere-se a uma ultracentrifuga constituida por um motor homopolar usado para centrifugar e separar os constituintes de io solugoes liquidas, coloidais ou radioisotopes.
Antecedentes
As centrifugas e ultracentrifugas usadas industrialmente giram em is torno de um eixo mecanico que gera uma forga centrifuga relativa com capacidade de sedimentar solidos de Iiquidos ou Iiquidos imisciveis de diferentes densidades, separando-os.
Apos certo tempo de uso, estas exigem manutengao dos seus mancais devido ao desgaste causado pelo atrito entre ο rotor e as pegas fixas do motor. Alem disso, tem velocidades limitadas, tambem pelo motivo anterior. Alguns modelos de motores ou ultracentrifugas de Ievitagao magnetica comerciais tem seus funcionamento baseado na repulsao de imas de polos iguais para suspender ο rotor das partes fixas (estator) na regiao dos seus mancais (Patente n0 BR 0804447-3) ou pela combinagao de mancais de imas permanentes com bobinas que geram campos magneticos produzidos por correntes eletricas com a finalidade de controlar e estabilizar a Ievitagao do rotor (Patente n0 US 3512852; Patente n0 US 4585282; Patente n0 US 3888553). O grande problema dos motores de Ievitagao magnetica anteriores e que a estabiIizagao do rotor utiliza exclusivamente bobinas de fios condutores controlados por circuitos eletronicos que consomem energia na estabilizagao do rotor, neutralizando variagoes da inclinagao do rotor durante ο seu giro. Oscilagoes no eixo de giro do rotor (pressegao do rotor como ocorre com ο piao de brinquedo ao reduzir a sua velocidade de giro), devem-se a nao homogeneidade intrinsecas dos materials, causando desbalanceamento do rotor. Oscilagao no rotor durante a sua rotagao pode tambem ocorrer quando ο motor e deslocado de um Iugar para ο outro ou quando ha mudan^as de nivelamento da superficie ou quando a superficie e abalada ou sofre vibragao. Caso haja um destes fatores acima ο rotor em alta velocidade e em levitação pode tocar o estator acidentalmente resultando em destruição do motor. O problema da estabilização de giro de levitação por campos eletromagnéticos é que o circuito que o comanda, além de complexo, consome muita energia para estabilizar o rotor. Além disso, caso haja uma pane no circuito eletrônico que comanda a estabilização, o rotor Ievitante em alta velocidade poderá bater no estator causando destruição no motor caso haja vibração ou deslocamento do motor como um todo.
Além disso, outro inconveniente é o tempo de resposta a perturbações de giro do rotor. Em grandes velocidades o circuito eletrônico não poderá responder a rápidas oscilações do eixo, podendo resultar em acidentes.
O problema acima pode ser evitado pela combinação de ímãs permanentes e materiais que naturalmente repelem ímãs e ao mesmo tempo é líquido e moldável, como o mercúrio e o gálio, que também atuam como condutor de eletricidade, garantindo estabilidade ao rotor Ievitante pela adição do empuxo entre a base do rotor metal líquido (mercúrio ou gálio). O empuxo é uma força que dá sustentação ao avião e estabiliza os navios sobre o mar. Neste caso, o rotor levitará pelas forças de repulsão magnética (pólos de mesmo tipo) e terá sua estabilidade garantida pela força de empuxo em sua base. Esta última contrabalanceará instantaneamente qualquer desequilíbrio sofrido pelo rotor durante o seu giro pelo princípio de ação e reação, amortecendo-o NE a necessidade de gasto de energia como acontece com a estabilização eletrônica.
Em termos simples, a presente invenção utiliza o mesmo princípio das centrífugas, com a diferença de que não gira em torno de um eixo mecânico, mas sim de um eixo magnético estabilizado pelo empuxo resultando em maior economia tanto em manutenção quanto em energia e reduzindo possíveis acidentes causados por instabilidades no giro do rotor levitante.
Objetivos
O objetivo desta invenção é criar uma ultracentrífuga com baixo índice de manutenção (alta disponibilidade e mantenabilidade), que exija menos energia e complete seu trabalho com mais rapidez e eficiência.
Solução A engenharia apresentada nesta invenção considera a solução da freqüente manutenção dos mancais devido ao atrito citado e o consumo elevado de energia.
Esta invenção apresenta os metais líquidos à temperatura ambiente (por exemplo: mercúrio ou gálio) como solução das eventuais instabilidades presentes pelo rotor Ievitante durante o giro graças ao efeito de empuxo na região de interface entre a base do rotor e o metal líquido. Ocorre uma levitação e uma estabilidade baseadas na repulsão entre imãs de NdFeB ou AINiCo e materiais líquidos altamente diamagnéticos como o mercúrio ou o gálio.
O consumo de energia e o atrito são amenizados pela presença do mercúrio e o gálio como condutor elétrico entre a parte móvel (rotor) e a parte fixa do motor, que também atua como amortecedor ou estabilizador de eventuais oscilações na inclinação do eixo de giro do rotor pelo efeito da ação e reação causado pelo empuxo entre a base do rotor e o mercúrio ou gálio em fase líquida impedindo possíveis acidentes.
Descrição Detalhada
A disponibilidade de imãs de grande força (NdFeB - Liga de Neodímio, Ferro e Boro; AINiCo - Liga de Alumínio, Níquel, Cobalto) torna possível a construção deste pequeno e econômico aparelho de flutuação de ar, com o grafite e o bismuto como imãs diamagnéticos. Materiais diamagnéticos repelem ambos os pólos magnéticos. A força da gravidade que age sobre ele é quase completamente anulada pela força de atração de um imã que se encontra na parte inferior do motor. Duas placas de grafite ou bismuto, uma acima e outra abaixo do imã NdFeB ou AINiCo, força este último a manter uma posição de equilíbrio estável, já que ambos os pólos do imã são repelidos pelas placas de grafite ou bismuto (diamagnetismo).
Nas figuras 1 e 2 os numerais se referem a:
1. Imã cilíndrico inferior;
2. Cilindros paralelos de grafite pirolítico ou bismuto;
3. Rotor constituído por dois imãs cilíndricos de NbFeB ou AINiCo;
4. Isolante elétrico inferior.
5. e 6. imãs cilíndricos paralelos de NbFeB (Neodímio, Ferro e Boro)
7. Cilindro oco de aço (compartimento da amostra);
8. Canal central dentro do imã superior;
9. Corrente elétrica; 10. Mercúrio e o gálio;
11 .Recipiente metálico superior contendo mercúrio e o gálio;
12.Pólo positivo da bateria;
13.Carcaça feita de cobre, alumínio, latão ou material plástico.
Na Figura 2 vê-se, respectivamente, a vista inferior (em corte) e superior (com um rasgo no cilindro superior de grafite pirolítico ou bismuto para melhor visualização do rotor).
A invenção é constituída por um motor homopolar de levitação magnética formado por um imã cilíndrico inferior (1), apresentando sobre si dois cilindros paralelos de bismuto ou grafite (2), entre os quais se situa, no vácuo, um rotor (3) constituído por um disco isolante elétrico inferior (4) e por dois imãs cilíndricos paralelos (5 e 6) de NbFeB (Neodímio, Ferro e Boro) ou AINiCo (Alumínio, Níquel e Cobalto) unidos entre si por meio de um cilindro oco de aço (7), cuja parte interna se comunica com o exterior através de um canal central vertical (8) dentro do imã superior, por onde se injeta e se retira a amostra a ser centrifugada, que gira devido ao efeito do campo magnético sobre a corrente (9) elétrica que percorre o mercúrio ou gálio (10), o rotor (3) e o recipiente metálico (11) superior contendo mercúrio ou gálio até atingir o pólo positivo (12) solidário à carcaça metálica (13).
Claims (4)
1. ULTRACENTRÍFUGA DE LEVITAÇÃO MAGNÉTICA ESTABILIZADA POR EMPUXO caracterizada por conter um motor homopolar de levitação magnética formado por um imã cilíndrico inferior (1), apresentando sobre si dois cilindros paralelos de bismuto ou grafite (2), entre os quais se situa, no vácuo, um rotor (3) constituído por um disco isolante elétrico inferior (4) e por dois imãs cilíndricos paralelos (5 e 6) unidos entre si por meio de um cilindro oco de aço (7), cuja parte interna se comunica com o exterior através de um canal central vertical (8) dentro do imã superior e o recipiente metálico (11) superior preenchido com um metal líquido até atingir o pólo positivo (12) solidário à carcaça metálica (13).
2. ULTRACENTRÍFUGA DE LEVITAÇÃO MAGNÉTICA ESTABILIZADA POR EMPUXO conforme reivindicação 1 caracterizada pelos dois imãs cilíndricos paralelos (5 e 6) serem de NbFeB (Neodímio, Ferro e Boro) ou de AlNiCo (Alumínio, Níquel e Cobalto).
3. ULTRACENTRÍFUGA DE LEVITAÇÃO MAGNÉTICA ESTABILIZADA POR EMPUXO conforme reivindicação 1 ou 2 caracterizada pelo recipiente metálico (11) superior conter mercúrio.
4. ULTRACENTRÍFUGA DE LEVITAÇÃO MAGNÉTICA ESTABILIZADA POR EMPUXO conforme reivindicação 1 ou 2 caracterizada pelo recipiente metálico (11) superior conter gálio.
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Free format text: COMPLEMENTAR A RETRIBUICAO DA(S) 4A. ANUIDADE(S), DE ACORDO COM TABELA VIGENTE, REFERENTE A(S) GUIA(S) DE RECOLHIMENTO 22140547328-7. |
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Free format text: ARQUIVADO O PEDIDO DE PATENTE, NOS TERMOS DO ARTIGO 86, DA LPI, E ARTIGO 10 DA RESOLUCAO 113/2013, REFERENTE AO NAO RECOLHIMENTO DA 8A A 10A RETRIBUICAO ANUAL, PARA FINS DE RESTAURACAO CONFORME ARTIGO 87 DA LPI 9.279, SOB PENA DA MANUTENCAO DO ARQUIVAMENTO CASO NAO SEJA RESTAURADO DENTRO DO PRAZO LEGAL, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12 DA RESOLUCAO 113/2013. |
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| B08G | Application fees: restoration [chapter 8.7 patent gazette] | ||
| B16A | Patent or certificate of addition of invention granted [chapter 16.1 patent gazette] |
Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 20/06/2011, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO. |