Desenho e modelização de sistemas de energia empregando materiais supercondutores de alta temperatura

Abstract

Os materiais supercondutores de alta temperatura apresentam-se como potenciais promotores de importantes desenvolvimentos na área da Energia. As suas características electromagnéticas, como o transporte de corrente com perdas reduzidas ou virtualmente nulas, quando comparadas com condutores convencionais; o seu nível de diamagnetismo, inexistente em qualquer outro tipo de material; ou o ancoramento de fluxo; possibilitam o desenvolvimento de novas tecnologias que de outra forma seriam impraticáveis ou impossíveis. De entre os problemas energéticos com que a sociedade se confronta actualmente, surgem a distribuição de energia em áreas urbanas densamente povoadas; a integração de fontes descentralizadas em redes existentes; a necessidade, não só económica mas também ambiental, de reduzir as perdas associadas à geração, transporte e distribuição de energia; ou mesmo certos problemas mais específicos, como a necessidade de dispor de máquinas mais leves e compactas. Para cada um dos problemas referidos, a supercondutividade fornece uma ou várias respostas. Contudo, as aplicações comerciais tardam em aparecer. Isto deve-se a diversos factores: o grau de maturação e fiabilidade da tecnologia eléctrica e electromecânica actual, que dificultam a penetração de novas alternativas; a dificuldade em dispor de ferramentas de projecto de utilização prática e eficiente; ou a necessidade de criogenia, talvez a mais importante, mas cuja banalização depende, também, do advento das próprias tecnologias supercondutoras. Esta dissertação pretende responder a algumas destas questões. Em primeiro lugar, apresenta-se uma metodologia para auxílio ao desenho de motores supercondutores sem materiais convencionais, nomeadamente cobre, alumínio e ferro, consubstanciada num motor síncrono linear com supercondutores na armadura e excitação. Os materiais são caracterizados experimentalmente,e essas características utilizadas no projecto do dispositivo. Em segundo lugar, descreve-se uma metodologia de modelização e desenho de limitadores de corrente indutivos, cuja finalidade é a simulação destes dispositivos integrados em redes mais ou menos complexas. Em todo o trabalho, uma das linhas orientadoras é a substituição de ferramentas de elementos finitos, nomeadamente o programa Flux2D, pelas metodologias desenvolvidas, incomparavelmente mais rápidas e, em certos casos, adequadas. Por outro lado, consideraram-se também só aplicações com materiais supercondutores de alta temperatura, em virtude da possibilidade de operação em azoto líquido (77 K), muito barato, comparativamente a outras tecnologias e gama de temperaturas.