Aplicação de campos magnéticos para fins tecnológicos

Para fins tecnológicos, os campos magnéticos são usados ​​principalmente para:

• impacto em metal e partículas carregadas,

• magnetização de água e soluções aquosas,

• impacto em objetos biológicos.

No primeiro caso campo magnético é usado em separadores para a purificação de vários meios alimentares de impurezas metálicas ferromagnéticas e em dispositivos para a separação de partículas carregadas.

Na segunda, com o objetivo de alterar as propriedades físico-químicas da água.

No terceiro — para controlar os processos de natureza biológica.

Nos separadores magnéticos que utilizam sistemas magnéticos, as impurezas ferromagnéticas (aço, ferro fundido, etc.) são separadas da massa a granel. Existem separadores com imãs permanentes e eletroímãs. Para calcular a força de elevação dos ímãs, é usada uma fórmula aproximada conhecida do curso geral de engenharia elétrica.

onde Fm é a força de elevação, N, S é a seção transversal de um ímã permanente ou circuito magnético de um eletroímã, m2, V é a indução magnética, T.

De acordo com o valor necessário da força de elevação, o valor necessário da indução magnética é determinado quando um eletroímã é usado, a força de magnetização (Iw):

onde I é a corrente do eletroímã, A, w é o número de voltas da bobina do eletroímã, Rm é a resistência magnética igual a

aqui lk é o comprimento das seções individuais do circuito magnético com seção transversal e material constantes, m, μk é a permeabilidade magnética das seções correspondentes, H / m, Sk é a seção transversal das seções correspondentes, m2, S é a seção transversal do circuito magnético, m2, B é a indução, T.

A resistência magnética é constante apenas para seções não magnéticas do circuito. Para seções magnéticas, o valor de RM é encontrado usando as curvas de magnetização, pois aqui μ é uma quantidade variável.

Separadores de campo magnético permanente

Os separadores mais simples e econômicos são os de ímãs permanentes, pois não requerem energia adicional para alimentar as bobinas. Eles são usados, por exemplo, em padarias para limpar a farinha de impurezas ferrosas. A força de elevação total dos gravadores nesses separadores, via de regra, deve ser de pelo menos 120 N. Em um campo magnético, a farinha deve se mover em uma camada fina, com cerca de 6-8 mm de espessura, com velocidade não superior superior a 0,5 m/s.

Os separadores de ímã permanente também têm desvantagens significativas: sua força de elevação é pequena e enfraquece com o tempo devido ao envelhecimento dos ímãs. Os separadores com eletroímãs não apresentam essas desvantagens, pois os eletroímãs neles instalados são alimentados por corrente contínua. Sua força de elevação é muito maior e pode ser ajustada pela corrente da bobina.

Na fig. 1 mostra um diagrama de um separador eletromagnético para impurezas a granel.O material de separação é alimentado na tremonha receptora 1 e se move ao longo do transportador 2 até o tambor de acionamento 3 feito de material não magnético (latão, etc.). O tambor 3 gira em torno de um eletroímã estacionário DC 4.

A força centrífuga lança o material no orifício de descarga 5, e as ferro-impurezas sob a ação do campo magnético do eletroímã 4 "grudam" na correia transportadora e são destacadas dela somente depois de deixarem o campo de ação dos ímãs caindo no orifício de descarga de ferro-impurezas 6. Quanto mais fina a camada de produto na correia transportadora, melhor a separação.

Campos magnéticos podem ser usados ​​para separar partículas carregadas em sistemas dispersos.Esta separação é baseada em forças de Lorentz.

onde Fl é a força que age sobre uma partícula carregada, N, k é o fator de proporcionalidade, q é a carga da partícula, C, v é a velocidade da partícula, m / s, N é Força do campo magnético, A / m, a é o ângulo entre os vetores campo e velocidade.

Partículas com carga positiva e negativa, íons são desviados em direções opostas sob a ação das forças de Lorentz, além disso, partículas com diferentes velocidades também são classificadas em um campo magnético de acordo com as magnitudes de suas velocidades.

Arroz. 1. Diagrama de um separador eletromagnético para impurezas a granel

Dispositivos para magnetizar a água

Numerosos estudos realizados nos últimos anos têm mostrado a possibilidade de aplicação eficaz de tratamento magnético de sistemas de água — águas técnicas e naturais, soluções e suspensões.

Durante o tratamento magnético de sistemas de água, ocorre o seguinte:

• aceleração da coagulação — adesão de partículas sólidas suspensas na água,

• formação e melhoria da adsorção,

• a formação de cristais de sal durante a evaporação não nas paredes do vaso, mas no volume,

• acelerando a dissolução de sólidos,

• mudança na molhabilidade de superfícies sólidas,

• mudança na concentração de gases dissolvidos.

Como a água é um participante ativo em todos os processos biológicos e tecnológicos, as mudanças em suas propriedades sob a influência de um campo magnético são usadas com sucesso na tecnologia de alimentos, medicina, química, bioquímica e também na agricultura.

Com a ajuda da concentração local de substâncias em um líquido, é possível obter:

• dessalinização e melhoria da qualidade das águas naturais e tecnológicas,

• líquidos de limpeza de impurezas em suspensão,

• controlar a atividade de soluções fisiológicas e farmacológicas de alimentos,

• controle dos processos de crescimento seletivo de microorganismos (aceleração ou inibição da taxa de crescimento e divisão de bactérias, leveduras),

• controle dos processos de lixiviação bacteriana de efluentes,

• anestesiologia magnética.

Controlando as propriedades dos sistemas coloidais, os processos de dissolução e cristalização são usados ​​para:

• aumentando a eficiência dos processos de espessamento e filtração,

• redução de depósitos de sais, incrustações e outras acumulações,

• melhorando o crescimento das plantas, aumentando seu rendimento, germinação.

Vamos observar os recursos do tratamento magnético de água. 1. O tratamento magnético requer o fluxo obrigatório de água a uma determinada velocidade através de um ou mais campos magnéticos.

2.O efeito da magnetização não dura para sempre, mas desaparece algum tempo depois do fim do campo magnético, medido em horas ou dias.

3. O efeito do tratamento depende da indução do campo magnético e do seu gradiente, do caudal, da composição do sistema de água e do tempo de permanência no campo. Nota-se que não há proporcionalidade direta entre o efeito do tratamento e a magnitude da intensidade do campo magnético. A inclinação do campo magnético desempenha um papel importante. Isso é compreensível se considerarmos que a força F atuando sobre uma substância do lado de um campo magnético não uniforme é determinada pela expressão

onde x é a suscetibilidade magnética por unidade de volume da substância, H é a intensidade do campo magnético, A/m, dH/dx é o gradiente de intensidade

Como regra, os valores de indução do campo magnético estão na faixa de 0,2-1,0 T e o gradiente é de 50,00-200,00 T / m.

Os melhores resultados do tratamento magnético são alcançados com uma vazão de água no campo igual a 1–3 m/s.

Pouco se sabe sobre a influência da natureza e concentração das substâncias dissolvidas na água. Verificou-se que o efeito de magnetização depende do tipo e quantidade de impurezas de sal na água.

Aqui estão alguns projetos de instalações para tratamento magnético de água com ímãs permanentes e eletroímãs alimentados por correntes de diferentes frequências.

Na fig. 2. mostra um diagrama de um dispositivo para magnetizar água com dois ímãs permanentes cilíndricos 3, A água flui na lacuna 2 do circuito magnético formado por um núcleo ferromagnético oco 4 colocado em uma caixa L A indução do campo magnético é de 0,5 T, o gradiente é de 100,00 T / m A largura da lacuna de 2 mm.

Arroz. 2. Esquema de um dispositivo para magnetizar água

Arroz. 3.Dispositivo para tratamento magnético de sistemas de água

Aparelhos equipados com eletroímãs são amplamente utilizados. Um dispositivo deste tipo é mostrado na fig. 3. É composto por vários eletroímãs 3 com bobinas 4 colocadas em um revestimento diamagnético 1. Tudo isso está localizado em um tubo de ferro 2. A água flui para o espaço entre o tubo e o corpo, protegido por uma tampa diamagnética. A força do campo magnético nesta lacuna é de 45.000 a 160.000 A / m. Em outras versões deste tipo de aparelho, os eletroímãs são colocados no tubo pelo lado de fora.

Em todos os dispositivos considerados, a água passa por lacunas relativamente estreitas, portanto é pré-limpa de suspensões sólidas. Na fig. 4 mostra um diagrama de um aparelho do tipo transformador. Consiste em um jugo 1 com bobinas eletromagnéticas 2, entre os pólos dos quais é colocado um tubo 3 de material diamagnético. O dispositivo é usado para tratar água ou celulose com correntes alternadas ou pulsantes de diferentes frequências.

Apenas os designs de dispositivos mais comuns que são usados ​​com sucesso em várias áreas de produção são descritos aqui.

Os campos magnéticos também afetam o desenvolvimento da atividade vital dos microorganismos. A magnetobiologia é um campo científico em desenvolvimento que encontra cada vez mais aplicações práticas, inclusive nos processos biotecnológicos de produção de alimentos. É revelada a influência de campos magnéticos constantes, variáveis ​​e pulsantes na reprodução, propriedades morfológicas e culturais, metabolismo, atividade enzimática e outros aspectos da atividade vital dos microorganismos.

O efeito de campos magnéticos sobre microrganismos, independentemente de seus parâmetros físicos, leva à variabilidade fenotípica de propriedades morfológicas, culturais e bioquímicas. Em algumas espécies, como resultado do tratamento, a composição química, estrutura antigênica, virulência, resistência a antibióticos, fagos e radiação UV podem mudar. Às vezes, os campos magnéticos causam mutações diretas, mas com mais frequência afetam estruturas genéticas extracromossômicas.

Não existe uma teoria geralmente aceita explicando o mecanismo do campo magnético na célula. Provavelmente, o efeito biológico dos campos magnéticos sobre os microorganismos é baseado no mecanismo geral de influência indireta através do fator ambiental.