Um trem que levita a uma velocidade de 400 quilômetros por hora. Parece mágica mas é tecnologia, inteiramente nacional, que há dois anos vem sendo desenvolvida no Laboratório de Aplicações de Supercondutores (LASUP) da COPPE e da Escola de Engenharia da UFRJ. A tecnologia é baseada na formação de um campo magnético de repulsão entre os trilhos e os módulos de levitação (pastilhas supercondutoras que substituem as rodas e são compostas de ítrio, bário e cobre).
Para criar o campo magnético, que é o que faz o trem levitar, os cientistas resfriam os supercondutores a uma temperatura negativa de 196° C, utilizando nitrogênio líquido. O nitrogênio é um combustível que custa menos de R$ 0,30 e não polui o ambiente. Mas esta é apenas uma das vantagens desta tecnologia que vem sendo desenvolvida tendo como principal objetivo viabilizar a construção do trem brasileiro. A utilização da ferrita na composição do ímã é outra característica original deste projeto, pois este material é produzido em escala industrial no Brasil e custa 10 vezes menos do que os ímãs compostos de terras raras. Trata-se de um projeto tecnológico inovador, coordenado por três professores da UFRJ: Richard Stephan, da COPPE, Rubens de Andrade Júnior, da Escola de Engenharia, e Roberto Nicolsky, do Instituto de Física.
A pesquisa já gerou 26 publicações em revistas internacionais e encontra-se em etapa de conclusão da primeira fase. Para isso contou com o investimento de R$ 40 mil da FAPERJ (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro) e R$ 10 mil da Fundação José Bonifácio, da UFRJ. A primeira etapa será finalizada até o final do mês de junho com a conclusão dos testes do modelo em um trilho de sete metros de extensão para avaliar o princípio de levitação em relação ao equilíbrio mecânico e a carga que o trem poderá suportar. Os pesquisadores estimam que, no período de dois anos, tenham finalizado a construção de carro e trilho em escala real. Ao fim desta etapa, o projeto, segundo os pesquisadores, estará pronto para ser executado por uma empresa privada. A empresa WEG, uma das maiores do mundo no setor, já demonstrou interesse em desenvolver o motor. A INB (Indústrias Nucleares do Brasil) já se comprometeu a contribuir na fabricação do ímã.
O Projeto LEVMAG conta com a importante cooperação técnica do Prof. Herbert Weh, Diretor do IEMAB – Institut für Elektrische Maschinen, Antriebe und Bahnen, da Technische Universität Braunschweig, de Braunschweig, Alemanha, no projeto do protótipo trilho-veículo e no desenvolvimento da tração linear síncrona. O Prof. Weh é uma autoridade mundial em levitação magnética e tração linear, pesquisando este tema desde a década de 1960. Na fase pré-supercondutores de ATc, o IEMAB desenvolveu as bases da tecnologia Transrapid, o trem de levitação eletromagnética ativa, por atração, que alcança 420 km/h, já homologado e em fase de iniciar a construção da sua primeira linha operacional ligando Berlim a Hamburgo.
Na MAGLEV’95 – 14th Int’l Conf. on Magnetically Levitated Systems and Linear Drives, havida em Bremen, Alemanha, nos últimos dias de novembro de 1995, o Prof. H. Weh, criador da tecnologia Transrapid, mostrou que o desenvolvimento recente da técnica de fusão texturizada viabilizava a levitação magnética baseada no efeito Meissner incompleto. Chamamos, então, o processo de SQL (Superconducting Quantum Levitation), pois decorre de um fenômeno quântico, o estado supercondutor misto, que não está descrito pelas equações da eletrodinâmica, e caracteriza-se pela rede de vórtices ou fluxóides de Abrikosov.
Os blocos supercondutores de YBCO, de ATc, refrigeráveis em LN2 serão fabricados no IPHT – Institut für Physikalische Hochtechnologie, de Jena, Alemanha, por fusão texturizada (melt texturing), cujo primeiro lote estará disponível logo no início do Projeto. O IPHT cooperará na caracterização do comportamento magnético e de levitação dos blocos antes e depois dos experimentos, e na análise e interpretação dos resultados.
O projeto propõe-se a pesquisar e desenvolver novas aplicações da levitação magnética do tipo SQL (Superconducting Quantum Levitation), representando uma inovação efetiva, tanto aplicada em sistemas lineares quanto em mancais de máquinas rotativas. No sistema linear trilho-veículo, em particular, representa uma inovação radical tanto em relação à levitação EML (ElectroMagnetic Levitation), utilizada na tecnologia alemã Transrapid e na japonesa HSST, quanto à EDL (ElectroDynamic Levitation), tecnologia do trem japonês Maglev. Além do grupo IEMAB-IPHT, na Alemanha, também na China está sendo estudado um protótipo semelhante de levitação SQL, com a mesma cooperação alemã, porém utilizando, em um monotrilho, magnetos permanentes de NdFeB, de custo muito mais elevado do que a Ferrite que será utilizada neste Projeto. Nos mancais de máquinas rotativas a proposta é substituir os mancais axiais mecânicos ou magnéticos por mancais auto-estáveis de levitação SQL.
A aplicação da levitação magnética SQL em sistemas com tração linear, possibilita o seu uso em transporte de superfície, com aplicações em transporte industrial em ambientes agressivos ou assépticos, e transporte rápido de carga e/ou passageiros. Nesta última área, tanto quanto outras técnicas de levitação magnética, a levitação SQL oferece as seguintes vantagens, se comparada às tecnologia convencionais: 1) o veículo levmag é mais eficiente do que o trem convencional ou o avião para curtas distâncias, pois é mais modulável do que ambos e, além disso, não tem tempos operacionais passivos como os aviões (check-in, taxiamento, check-out, etc.); 2) consome cerca de 30% menos energia por passageiro-km do que o trem convencional, para um trajeto de 400 km a uma velocidade média de 400 km/h, e 60% menos do que o avião para o mesmo trajeto; e 3) tem um horizonte de expansão da velocidade, se o veículo for posto em um tubo a vácuo parcial (projeto Swissmetro), enquanto que o trem convencional não pode passar de 400 km/h (barreira de tração).
O uso de mancais auto-estáveis SQL elimina a necessidade tanto de eletromagnetos quanto dos seus sensores e da sua eletrônica de realimentação. A razão é que, na levitação SQL há forças restauradoras que asseguram o auto-equilíbrio do mancal. Axialmente, pela repulsão, cresce aproximadamente segundo uma exponencial com a redução da distância entre o magneto e o bloco supercondutor. Os esforços transversais ao eixo de rotação, porém, tem resistência devida ao ancoramento da rede de vórtices em inclusões e defeitos da rede cristalina, gerando, assim, uma força restauradora que se soma à ação dos mancais magnéticos radiais ativos para estabilizar o rotor. O mancal axial SQL representa, portanto, uma ponderável vantagem para uma utilização futura em máquinas rotativas de eixos verticais.
O Grupo de Supercondutividade Aplicada do IF/UFRJ tem centrado a sua experiência em pesquisa na área de aplicações do espalhamento de Andreev para a formulação de uma nova concepção em dispositivos eletrônicos supercondutores. A partir do ano de 1997 iniciou a sua atuação na área de levitação magnética supercondutora e estabeleceu as cooperações internacionais com o objetivo deste Projeto. Nos últimos 5 anos entre os resultados alcançados encontram-se 2 patentes de invenção, em eletrônica supercondutora de Andreev, solicitadas ao INPI, através da FUJB/UFRJ. Desenvolver uma tecnologia eficiente e viável para ser implantada no Brasil é o principal desafio da equipe deste projeto que reúne cerca de 40 pesquisadores. São 18 professores da UFRJ, dois da UFF, quatro da USP e três da Alemanha, cinco doutorandos da UFRJ, além dos alunos de mestrado e de graduação.
O Estudo de Junções Supercondutoras e suas Aplicações é uma etapa natural no desenvolvimento da pesquisa sobre as junções supercondutor-metal normal-supercondutor (SNS) e as suas aplicações como substitutos específicos as junções clássicas de tunelamento. Esse tema de trabalho constitui-se em uma vertente de pesquisa básica que busca solução das equações de Bologiubov-de Gennes dependentes do tempo para diferentes potenciais de pares e configurações de junções SNS, em aproximações que simplifiquem a modelagem de junções reais com o fim de simular as suas curvas I-V, e ajuste de curvas experimentais. O mesmo modelo mostrou-se muito bem sucedido na remoção de pseudo-histerese em curva I-V de junção supercondutor-semicondutor dopado-supercondutor.
O pedido de patente PI 9500394-0 de Adir Moysés Luiz / Roberto Nicolsky refere-se a um “Oscilador harmônico usando a resistência diferencial negativa de uma junção SNS (supercondutor – metal normal – supercondutor)” e utiliza a resistência diferencial negativa de uma junção supercondutora do tipo SNS (supercondutor – metal normal – supercondutor). O seu uso mais importante é a obtenção de um oscilador harmônico (ou gerador de oscilações eletromagnéticas) em baixas temperaturas, ou seja, temperaturas que exigem refrigeração com hélio líquido ou hélio gasoso (temperaturas menores do que 10K). Tipicamente, usa-se uma microponte supercondutora (J) e um circuito tanque RLC ligado em paralelo à microponte J. A fonte de alimentação deve possuir uma tensão elétrica constante (corrente contínua). A tensão corresponde a um valor situado aproximadamente no ponto de inversão da concavidade da curva na região de RDN (Resistência Diferencial Negativa) da curva característica da corrente I contra tensão elétrica V de uma junção SNS. A frequência obtida pelo oscilador é igual à frequência de ressonância do circuito tanque RLC. Aproveitando-se a característica da curva I-V da junção SNS consegue-se construir um oscilador com este dispositivo, funcionando a baixas temperaturas, algo que o estado da técnica somente conseguia aproveitando-se do efeito tunel observado em junções SIS (supercondutor – isolante – supercondutor) valendo-se efeito Josephson, com níveis de potência bem menores.
Com experiência de 20 anos nesse mesmo setor empresarial, o físico nascido em Moscou e radicado no Brasil desde os 8 anos de idade, tem dedicado esta última década à defesa de uma política industrial explícita no País. A posição de Nicolsky é a de que a parceria entre universidade e empresa é muito complexa e que raramente dá resultados positivos. Portanto ela só deveria ocorrer em casos bem específicos: a academia entraria em ação apenas quando for convocada pela iniciativa privada para solucionar um problema pontual que surja no processo produtivo. Para o diretor-geral da Protec e professor da Universidade Federal do Rio de Janeiro, todo o movimento de inovação tecnológica deve sempre ser gerido pelo setor empresarial. O professor acredita que além da própria falta de preocupação brasileira com patentes, algo deve ser mudado no sistema de concessão no país: “Depositei dois pedidos de patentes de eletrônica superprodutora, um em 97 e um há quase sete anos, em 95.Até agora não tive respostas. Nos Estados Unidos isso é resolvido em um ano e meio”, exemplifica.
Engenheiros e projetistas do INT já começaram a trabalhar na fabricação do primeiro protótipo de trem urbano de levitação magnética. Batizado de Maglev Cobra, ele foi concebido pela Universidade Federal do Rio de Janeiro. Aos especialistas do INT coube desenhar o trem e montar a carroceria desse revolucionário e ecologicamente correto meio de transporte do futuro próximo. O trem se locomoverá flutuando sobre os trilhos, num sistema semelhante ao que acontece quando tentamos aproximar as extremidades opostas de dois ímãs: elas se repelem. A propulsão do Maglev, que terá capacidade para 28 passageiros, será feita por meio de forças magnéticas atrativas e repulsivas, ativadas por supercondutores. O moderníssimo trem flutuante viajará a uma velocidade máxima de 30 Km/h. Pode parecer pouco, mas é um belíssimo início para um projeto tão ousado.
Os primeiros testes com o Maglev serão feitos num percurso de cerca de 130 metros, no campus da UFRJ na Ilha do Fundão e devem acontecer a partir de março do ano que vem, quando ficará pronto o primeiro protótipo do trem. A carroceria do Maglev, de acordo com o desenhista industrial Álvaro Guimarães, responsável pelo projeto, será feita de fibra de vidro e resina de poliéster, o que torna o trem muito mais leve que um convencional.Além disso, o projeto tem a grande vantagem de não poluir o ambiente, já que o combustível é apenas o magnetismo. Outro ponto a favor do Maglev é que ele pode utilizar linhas já existentes de trens convencionais e também de metrôs. Após os primeiros testes, os responsáveis pelo projeto pretendem fazer novos experimentos num circuito bem maior, num total de 4 Km. E o Governo do Estado do Rio de Janeiro já anunciou que, se tudo correr bem, construirá uma via para o trem flutuante, ligando os aeroportos Santos Dumont e Tom Jobim, e com o trem viajando a até 70 Km/h.
Fonte:
http://www.planeta.coppe.ufrj.br/noticias/noticia000076.html
acesso em março de 2002
http://www.coe.ufrj.br/levmag98.html
acesso em outubro de 2002
http://www.inpi.gov.br/noticias/conteudo/clippings/27-12/1.htm
http://www.revistanexus.com.br/nex3/desta05.html
http://omnis.if.ufrj.br/~barthem/MCE14.html
acesso em janeiro de 2003
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