Análise da evolução tecnológica dos supercondutores de alta temperatura (HTS)

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Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás

Câmpus Valparaíso

Engenharia Elétrica

Análise da evolução tecnológica dos supercondutores de alta temperatura (HTS)

ACADÊMICO: Mateus Antônio Moreira Martins

ORIENTADOR: (NOME DO PROF. E TITULAÇÃO)

VALPARAÍSO DE GOIÁS-GO

2019

Introdução

Com o grande consumo de energia e principalmente com a perda da mesma devido ao sistema de condução, veio a necessidade de criar supercondutores que em um estado ideal não haveria resistência no transporte de energia. Tudo começou em 1911 com o físico Heine Kamerlingh Onnes que descobriu que o mercúrio quando resfriado a -269°C entrava em um estado supercondutivo, que era capaz de conduzir energia com baixíssima resistência e essa foi porta de entrada para estudos que se estendem até os dias de hoje. (Jonathan L. Mayo)

O principal desafio de alcançar o estado supercondutivo é o resfriamento do material, como dito anteriormente o mercúrio era resfriado a -269ºC para que tomasse tais características, com a evolução das pesquisas os cientistas conseguiram chegar a -196,15°C sendo assim muito mais fácil e viável de ser resfriado, visto que o nitrogênio líquido entra em ebulição nessa temperatura, porém ainda é um modelo de alto custo de implantação. (Jonathan L. Mayo)

As principais aplicações dos cabos supercondutores são em sistemas que demandam alta corrente de energia, visto que apenas um cabo HTS pode substituir cinco cabos convencionais, melhorando assim a estética do sistema, outro benefício é que o mesmo não produz nenhum campo magnético.

Um aspecto dos cabos HTS que deve ser levado em consideração é a sua alta densidade de corrente que, segundo Aguiar Jr. (2012, p. 17), permite que cabos deste tipo transportem até cinco vezes mais energia que a solução tradicional. Por outro lado, os cabos HTS precisam ser mantidos a temperaturas criogênicas, sendo necessária refrigeração constante utilizando nitrogênio líquido (LN2). ¹

Assim como a água passando por uma mangueira muito grande perde pressão, a energia que é transportada por grandes distancias também se perde, em boa parte é transformada em calor. Uma solução vem sendo estuda a décadas, e em poucos lugares já foram implantadas, consiste em cabos condutores de alta temperatura (HTS) que operam a uma temperatura de 77K sendo resfriado com nitrogênio líquido, o principal impasse para a implantação dos cabos é o alto custo de instalação e manutenção.

O grande impasse para a aplicação prática desses cabos é o alto custo de fabricação e implantação do mesmo, visto que este deve ser resfriado a temperaturas baixíssimas para que possa entrar em um estado supercondutivo. Apesar do custo elevado, o cabo tem a capacidade de transportar até cinco vezes mais energia do que os cabos convencionais. Aguiar Jr. (2012, p. 17). E o mesmo não produz campo magnético ao seu redor.

O futuro do mundo depende de energia, já não é surpresa ver um carro elétrico na rua, ninguém passa um dia se quer sem ter contato com energia, porém o sistema de transmissão se encontra defasado.

A segunda edição do relatório “O Setor Elétrico Brasileiro e a Sustentabilidade no Século 21 – Oportunidades e Desafios” foi lançada ontem (12) em São Paulo. O estudo faz uma análise crítica da eficiência do modelo energético e afirma que um quinto da energia produzida no país é desperdiçada durante a transmissão da energia até os centros de consumo.

Essas perdas de energia, diz o documento, aumentam 5% a tarifa média paga pelo consumidor. A conta foi feita em 2007 pela auditoria do Tribunal de Contas da União (TCU). (Bragança Daniele 2012)

Neste trabalho iremos analisar as principais mudanças feitas nos supercondutores até a atualidade, e o porquê de apesar de tantos benefícios eles ainda não compor as principais linhas de transmissão de energia do mundo, além disso fazer uma suposição das próximas evoluções que levarão a viabilização da utilização dos cabos supercondutores.

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1. TEMA

O tema consiste em uma análise da evolução tecnológica dos cabos supercondutores de alta temperatura e visa; através da análise de novos compostos; melhorar o desempenho dos mesmos.

1. Justificativa                                                                                        

Em 1908 quando o holandês Heike Kamerlingh Onnes descobriu a supercondutividade o mundo cientifico começou a observar tal fenômeno, depois desse primeiro passo outros pesquisadores continuaram desenvolvendo o projeto.

Em 1935 Fritz e Heinz London desenvolveram uma primeira descrição teórica para a condutividade perfeita e o diamagnetismo perfeito nos supercondutores baseando-se em relações eletrodinâmicas. Em 1950 London mostra que esta teoria pode ser originada considerando a supercondutividade como um fenômeno onde o momento dos portadores de carga tem ordem de longo alcance. (Rafael 2007)^[a] ²

Ginzburg e Landau combinaram a eletrodinâmica dos supercondutores de London com a teoria de transições de fases de Landau, criando uma descrição fenomenológica muito mais poderosa para a supercondutividade. Em 1957, Bardeen, Cooper e Schrieffer propõem uma teoria microscópica para a supercondutividade, conhecida como teoria BCS, onde é assumida a formação de pares de elétrons ligados que carregam a supercorrente e a existência de um gap de energia entre os estados normal e supercondutor.(Rafael 2007)^[b] ²

Depois de vários avanços desde a seu descobrimento os cabos supercondutores são finalmente usuais, apesar do seu custo de implantação ser bastante elevado, estudos apontam que em dez anos o gasto feito com a implantação do sistema é ganho em forma de economia de energia. (KALSI, 2010)

A tecnologia HTS não é somente aplicada em linhas de transmissão, suas aplicações são bem diversificadas. Muitos protótipos foram construídos para a aplicações dentro de sistemas de potência como motores e geradores, transformadores, linhas de transmissão e limitadores de corrente de falta (KALSI, 2010)