Análise de perdas em sistemas de energia que empregam materiais supercondutores de alta temperatura

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, especialidade em Energia, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

A descoberta dos materiais supercondutores de alta temperatura, arrefecidos a azoto líquido, deram início à criação de vários protótipos de dispositivos de potência, nomeadamente de transformadores. Nestes dispositivos a optimização do rendimento é um aspecto fundamental uma vez que, a melhoria de apenas algumas décimas percentuais corresponde a uma poupança energética considerável e, tanto maior, quanto maior for a potência da máquina. Os transformadores supercondutores permitem diminuir consideravelmente as perdas óhmicas nos enrolamentos, uma vez que o cobre tradicional é substituído por materiais com resistência eléctrica quase nula. No entanto, as perdas magnéticas no núcleo mantêm-se iguais às dos transformadores convencionais ou são agravadas, caso os núcleos sejam mantidos a baixa temperatura. Assim, a análise do comportamento a baixa temperatura dos materiais estruturais e funcionais que constituem as máquinas tornou-se mais importante, uma vez que uma optimização na escolha destes materiais poderá contribuir ainda mais para a optimização da máquina. Neste trabalho são determinadas as principais propriedades magnéticas de três materiais magnéticos macios, à temperatura do azoto líquido (77 K) e à temperatura ambiente (298 K). O principal objectivo é determinar se os materiais magnéticos seleccionados para funcionarem em máquinas à temperatura de 77 K, deverão ser os mesmos que os utilizados em máquinas que operam à temperatura ambiente. Os materiais escolhidos para os ensaios são usualmente utilizados no fabrico de núcleos de transformadores convencionais, e consistem num aço de grão não orientado e em dois aços de grão orientado, todos com diferentes espessuras. Essencialmente por comparação, é analisado também o comportamento magnético de uma liga magnética amorfa, utilizada em núcleos de transformadores.