BRPI1103100B1 - Ultracentrífuga de levitação magnética estabilizada por empuxo - Google Patents
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Abstract
ultracentrífuga de levitação 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
A presente invenção tem aplicação nas áreas de centrífugas e ultracentrífugas para uso industrial ou doméstico.
A presente invenção refere-se a uma ultracentrífuga constituída por um motor homopolar usado para centrifugar e separar os constituintes de soluções líquidas, coloidais ou radioisótopos.
As centrífugas e ultracentrífugas usadas industrialmente giram em torno de um eixo mecânico que gera uma força centrífuga relativa com capacidade de sedimentar sólidos de líquidos ou líquidos imiscíveis de diferentes densidades, separando-os.
Após certo tempo de uso, estas exigem manutenção dos seus mancais devido ao desgaste causado pelo atrito entre o rotor e as peças fixas do motor. Além disso, têm velocidades limitadas, também pelo motivo anterior. Alguns modelos de motores ou ultracentrífugas de levitação magnética comerciais têm seus funcionamento baseado na repulsão de ímãs de pólos iguais para suspender o rotor das partes fixas (estator) na região dos seus mancais (Patente n° BR 0804447-3) ou pela combinação de mancais de ímãs permanentes com bobinas que geram campos magnéticos produzidos por correntes elétricas com a finalidade de controlar e estabilizar a levitação do rotor (Patente n° US 3512852; Patente n° US 4585282; Patente n° US 3888553). O grande problema dos motores de levitação magnética anteriores é que a estabilização do rotor utiliza exclusivamente bobinas de fios condutores controlados por circuitos eletrônicos que consomem energia na estabilização do rotor, neutralizando variações da inclinação do rotor durante o seu giro. Oscilações no eixo de giro do rotor (presseção do rotor como ocorre com o pião de brinquedo ao reduzir a sua velocidade de giro), devem-se a não homogeneidade intrínsecas dos materiais, causando desbalanceamento do rotor. Oscilação no rotor durante a sua rotação pode também ocorrer quando o motor é deslocado de um lugar para o outro ou quando há mudanças de nivelamento da superfície ou quando a superfície é abalada ou sofre vibração. Caso haja um destes fatores acima o 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 5 pane no circuito eletrônico que comanda a estabilização, o rotor levitante 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 io 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 is como condutor de eletricidade, garantindo estabilidade ao rotor levitante 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 20 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 25 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.
O objetivo desta invenção é criar uma ultra centrífuga com baixo índice de manutenção (alta disponibilidade e mantenabilidade), que exija 35 menos energia e complete seu trabalho com mais rapidez e eficiência.
A engenharia apresentada nesta invenção considera a solução da frequente manutenção dos mancais devido ao atrito citado e o consumo elevado de energia.
Esta invenção apresenta os metais líquidos à temperatura ambiente 5 (por exemplo: mercúrio ou gálio) como solução das eventuais instabilidades presentes pelo rotor levitante 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 diamagnétícos como o io 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 is da ação e reação causado pelo empuxo entre a base do rotor e o mercúrio ou gálio em fase líquida impedindo possíveis acidentes.
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 diamagnétícos. Materiais diamagnétícos 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 imas cilíndricos paralelos (5 e 6) de NbFeB (Neodímjo, 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. |