Estudo f?sico computacional das propriedades eletromagn?ticas de uma fita de YBCO

• Main Author: COSTA, Felipe Lins de Brito
• Other Authors: Cruz, Frederico Alan de Oliveira
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro 2017
• Subjects: Finite Element Method; Electromagnetic; Superconductivity; M?todo dos Elementos Finitos; Eletromagnetismo; Supercondutividade; Modelagem Matem?tica e Computacional
• Online Access: https://tede.ufrrj.br/jspui/handle/jspui/1869

Submitted by Jorge Silva ([e-mail]) on 2017-07-11T19:06:37Z No. of bitstreams: 1 2014 - Felipe Lins de Brito Costa.pdf: 10547073 bytes, checksum: 0db71097b060ba2ce1101269627ea620 (MD5) === Made available in DSpace on 2017-07-11T19:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2014 - Felipe Lins de Brito Costa.pdf: 10547073 bytes, checksum: 0db71097b060ba2ce1101269627ea620 (MD5) Previous issue date: 2014-10-13 === Companhia Energ?tica de Minas Gerais === In recent years a signi?cant number of devices have been produced based on computatio-nal simulations by providing information necessary for their physical construction. Many of these simulations use the so-called Finite Element Method (FEM), whose basic idea is to divide the problem domain into sub-regions, where it is possible to describe a con-tinuous medium from its discretization into elements with the same properties of whom originated. In the speci?c case of problems involving electromagnetic concepts, the FEM appears to be quite e?cient, mainly due to the complexity of determining an analytic solution in some situations or even when it is impossible to determine it. Within the electromagnetic phenomena, the numerical analysis based on the FEM has been shown in recent years as a powerful tool for studying the behavior characteristics of the conductors and superconductors, when traversed by a current. Therefore, in this work we use the tools of computer modeling and simulation, with the aim of understanding the electro-magnetic characteristics of the superconductor YBCO and its power dissipation (AC loss) when traversed by an alternating current. To study the behavior of the electrical properties of materials, a simulation was perfor-med using the FEM based on the electromagnetic characteristics involved in the problem. Due to its complexity, we chose to solve the problem using the Comsol Multiphysics 4.3a c?commercial package. Our study was conducted in the following set of steps: (1) At the ?rst step, we conducted the implementation of a 2D rectangular structure; (2) The next step was to make a choice of di?erent sizes and types of mesh to be used in the simula-tion of YBCO superconducting material; (3) The next phase was the implementation of equations that take into consideration the material parameters, such as temperature and applied magnetic ?eld; (4) Finally the AC?s Losses in the material as a function of the applied current was performed. We?ve noted that the non-linearity of the equations that describe the problem in?uence the convergence of the solution, so the best cost-bene?t ratio was obstaired with ?rst order quadrilateral elements with ?rst order. The electrical and magnetic e?ects encountered in simulation correspond to the theoretical model and the AC?s losses are within the expected value in the literature, thus the proposed virtual model can be used as a guiding tool using an actual prototype of the type II superconductor. === Nos ?ltimos anos um n?mero expressivo de equipamentos tem sido produzido com base em simula??es computacionais, fornecendo informa??es necess?rias para sua constru??o f?sica. Muitas dessas simula??es usam o chamado M?todo dos Elementos Finitos (MEF), que tem como ideia b?sica dividir o dom?nio do problema em sub-regi?es, onde ? poss?vel descrever um meio cont?nuo a partir da sua discretiza??o em elementos com as mesmas propriedades de quem os originou. No caso espec??co de problemas que envolvem conceitos eletromagn?ticos, o MEF mostra-se bastante e?ciente, principalmente em fun??o da complexidade de se determinar uma solu??o anal?tica em algumas situa??es ou mesmo quando ela e? imposs?vel de ser determinada. Dentro dos fen?menos eletromagn?ticos, a an?lise num?rica baseada no MEF tem se mostrado, nos ?ltimos anos, uma poderosa ferramenta para estudar o comportamento das caracter?sticas dos materiais condutores e supercondutores, quando percorrido por uma corrente. Sendo assim, nesse do trabalho utilizamos as ferramentas de modelagem e simula??o computacional, com o objetivo de compreender as caracter?sticas eletromagn?ticas do supercondutor YBCO e sua dissipa??o de energia (perda AC), quando percorrido por uma corrente alternada. Para o estudo do comportamento das propriedades el?tricas dos materiais, foi realizada uma simula??o utilizando o MEF, com base nas caracter?sticas eletromagn?ticas envolvidas no problema. Devido a sua complexidade, optamos por resolver o problema usando o pacote comercial Comsol Multiphysics 4.3a (c). O nosso estudo foi realizado no seguinte conjunto de etapas: (1) Na primeira delas realizamos a implementa??o de uma estrutura retangular em 2D; (2) o passo seguinte foi realizar a escolha de diferentes dimens?es e tipos de malha a serem utilizados na simula??o do material supercondutor YBCO; (3) A fase seguinte ocorreu pela implementa??o de equa??es que levassem em considera??o mais par?metros do material, como temperatura e campo magn?tico aplicado; (4) ?nalmente foi realizada a an?lise da perda AC no material, em fun??o das correntes aplicadas. Observamos, como era de se esperar, que a n?o linearidade das equa??es que descrevem o problema in?uenciam na converg?ncia da solu??o, assim a melhor rela??o custo x benef?cio foi com elementos quadrangulares de primeira ordem. Os efeitos el?tricos e magn?ticos encontrados na simula??o correspondem ao modelo te?rico, e as perdas AC est?o dentro do valor esperado pela literatura, sendo assim, o modelo virtual elaborado pode ser utilizado como ferramenta norteadora de um prot?tipo real que utilize supercondutores do tipo II.