Applicazione di campi magnetici a fini tecnologici

Per scopi tecnologici, i campi magnetici sono utilizzati principalmente per:

• impatto su metallo e particelle cariche,

• magnetizzazione di acqua e soluzioni acquose,

• impatto su oggetti biologici.

Nel primo caso campo magnetico trova impiego nei separatori per la depurazione di vari fluidi alimentari dalle impurità ferromagnetiche metalliche e nei dispositivi per la separazione delle particelle cariche.

Nel secondo, con l'obiettivo di modificare le proprietà fisico-chimiche dell'acqua.

Nel terzo — per controllare i processi di natura biologica.

Nei separatori magnetici che utilizzano sistemi magnetici, le impurità ferromagnetiche (acciaio, ghisa, ecc.) vengono separate dalla massa sfusa. Ci sono separatori con magneti permanenti ed elettromagneti. Per calcolare la forza di sollevamento dei magneti, viene utilizzata una formula approssimativa nota dal corso generale di ingegneria elettrica.

dove Fm è la forza di sollevamento, N, S è la sezione trasversale di un magnete permanente o circuito magnetico di un elettromagnete, m2, V è l'induzione magnetica, T.

In base al valore richiesto della forza di sollevamento, viene determinato il valore richiesto dell'induzione magnetica quando viene utilizzato un elettromagnete, la forza di magnetizzazione (Iw):

dove I è la corrente dell'elettromagnete, A, w è il numero di giri della bobina dell'elettromagnete, Rm è la resistenza magnetica pari a

qui lk è la lunghezza delle singole sezioni del circuito magnetico con sezione trasversale e materiale costanti, m, μk è la permeabilità magnetica delle sezioni corrispondenti, H / m, Sk è la sezione trasversale delle sezioni corrispondenti, m2, S è la sezione trasversale del circuito magnetico, m2, B è l'induzione, T.

La resistenza magnetica è costante solo per le sezioni non magnetiche del circuito. Per le sezioni magnetiche, il valore di RM si trova utilizzando le curve di magnetizzazione, poiché qui μ è una grandezza variabile.

Separatori di campi magnetici permanenti

I separatori più semplici ed economici sono quelli a magneti permanenti, in quanto non necessitano di energia aggiuntiva per alimentare le bobine. Vengono utilizzati, ad esempio, nei panifici per pulire la farina dalle impurità ferrose. La forza di sollevamento totale dei registratori in questi separatori, di norma, dovrebbe essere di almeno 120 N. In un campo magnetico, la farina dovrebbe muoversi in uno strato sottile, di circa 6-8 mm di spessore, con una velocità non superiore di 0,5 m/s.

I separatori a magneti permanenti presentano anche svantaggi significativi: la loro forza di sollevamento è ridotta e si indebolisce nel tempo a causa dell'invecchiamento dei magneti. I separatori con elettromagneti non presentano questi svantaggi, poiché gli elettromagneti installati in essi sono alimentati da corrente continua. La loro forza di sollevamento è molto più elevata e può essere regolata dalla corrente della bobina.

Nella fig. 1 mostra uno schema di un separatore elettromagnetico per impurità sfuse.Il materiale di separazione viene immesso nella tramoggia di ricezione 1 e si sposta lungo il trasportatore 2 fino al tamburo motore 3 in materiale amagnetico (ottone, ecc.). Il tamburo 3 ruota attorno a un elettromagnete fisso DC 4.

La forza centrifuga lancia il materiale nel foro di scarico 5, e le ferroimpurità sotto l'azione del campo magnetico dell'elettromagnete 4 "si attaccano" al nastro trasportatore e si staccano da esso solo dopo aver lasciato il campo di azione dei magneti caduta nel foro di scarico delle ferroimpurità 6. Più sottile è lo strato di prodotto sul nastro trasportatore, migliore è la separazione.

I campi magnetici possono essere usati per separare particelle cariche in sistemi dispersi, questa separazione si basa sulle forze di Lorentz.

dove Fl è la forza che agisce su una particella carica, N, k è il fattore di proporzionalità, q è la carica della particella, C, v è la velocità della particella, m / s, N è intensità del campo magnetico, A / m, a è l'angolo tra il campo e i vettori di velocità.

Le particelle caricate positivamente e negativamente, gli ioni vengono deviati in direzioni opposte sotto l'azione delle forze di Lorentz, inoltre, anche le particelle con velocità diverse vengono ordinate in un campo magnetico in base alle grandezze delle loro velocità.

Riso. 1. Schema di un separatore elettromagnetico per impurità sfuse

Dispositivi per magnetizzare l'acqua

Numerosi studi condotti negli ultimi anni hanno dimostrato la possibilità di un'efficace applicazione del trattamento magnetico dei sistemi idrici: acque tecniche e naturali, soluzioni e sospensioni.

Durante il trattamento magnetico degli impianti idrici si verifica quanto segue:

• accelerazione della coagulazione - adesione di particelle solide sospese in acqua,

• formazione e miglioramento dell'assorbimento,

• la formazione di cristalli di sale durante l'evaporazione non sulle pareti della nave, ma nel volume,

• accelerare la dissoluzione dei solidi,

• variazione della bagnabilità delle superfici solide,

• variazione della concentrazione dei gas disciolti.

Poiché l'acqua partecipa attivamente a tutti i processi biologici e tecnologici, i cambiamenti nelle sue proprietà sotto l'influenza di un campo magnetico vengono utilizzati con successo nella tecnologia alimentare, nella medicina, nella chimica, nella biochimica e anche nell'agricoltura.

Con l'aiuto della concentrazione locale di sostanze in un liquido, è possibile ottenere:

• dissalazione e miglioramento della qualità delle acque naturali e tecnologiche,

• liquidi di pulizia da impurità in sospensione,

• controllare l'attività delle soluzioni fisiologiche e farmacologiche alimentari,

• controllo dei processi di crescita selettiva dei microrganismi (accelerazione o inibizione del tasso di crescita e divisione dei batteri, lievito),

• controllo dei processi di lisciviazione batterica delle acque reflue,

• anestesiologia magnetica.

Il controllo delle proprietà dei sistemi colloidali, dei processi di dissoluzione e cristallizzazione viene utilizzato per:

• aumentare l'efficienza dei processi di ispessimento e filtrazione,

• riduzione dei depositi di sali, incrostazioni e altri accumuli,

• migliorare la crescita delle piante, aumentandone la resa, la germinazione.

Notiamo le caratteristiche del trattamento magnetico dell'acqua. 1. Il trattamento magnetico richiede il flusso obbligatorio di acqua ad una certa velocità attraverso uno o più campi magnetici.

2.L'effetto della magnetizzazione non dura per sempre, ma scompare qualche tempo dopo la fine del campo magnetico, misurato in ore o giorni.

3. L'effetto del trattamento dipende dall'induzione del campo magnetico e dal suo gradiente, dalla portata, dalla composizione del sistema idrico e dal tempo di permanenza nel campo. Si noti che non esiste una proporzionalità diretta tra l'effetto del trattamento e l'entità dell'intensità del campo magnetico. L'inclinazione del campo magnetico gioca un ruolo importante. Ciò è comprensibile se consideriamo che la forza F che agisce su una sostanza dal lato di un campo magnetico non uniforme è determinata dall'espressione

dove x è la suscettività magnetica per unità di volume della sostanza, H è l'intensità del campo magnetico, A/m, dH/dx è il gradiente di intensità

Di norma, i valori di induzione del campo magnetico sono compresi nell'intervallo 0,2-1,0 T e il gradiente è 50,00-200,00 T / m.

I migliori risultati del trattamento magnetico si ottengono con una portata d'acqua in campo pari a 1–3 m/s.

Poco si sa sull'influenza della natura e della concentrazione delle sostanze disciolte nell'acqua. È stato riscontrato che l'effetto di magnetizzazione dipende dal tipo e dalla quantità di impurità saline nell'acqua.

Di seguito alcuni progetti di impianti per il trattamento magnetico di impianti idrici con magneti permanenti ed elettromagneti alimentati da correnti di diversa frequenza.

Nella fig. 2.mostra uno schema di un dispositivo per magnetizzare l'acqua con due magneti permanenti cilindrici 3, L'acqua scorre nell'intercapedine 2 del circuito magnetico formato da un nucleo ferromagnetico cavo 4 posto in una custodia L L'induzione del campo magnetico è 0,5 T, la pendenza è di 100,00 T / m La larghezza della fessura 2 mm.

Riso. 2. Schema di un dispositivo per magnetizzare l'acqua

Riso. 3.Dispositivo per il trattamento magnetico degli impianti idrici

Gli apparecchi dotati di elettromagneti sono ampiamente utilizzati. Un dispositivo di questo tipo è mostrato in fig. 3. È costituito da più elettromagneti 3 con bobine 4 poste in un rivestimento diamagnetico 1. Tutto questo si trova in un tubo di ferro 2. L'acqua scorre nell'intercapedine tra il tubo e il corpo, protetta da una copertura diamagnetica. La forza del campo magnetico in questo spazio è di 45.000-160.000 A / m. In altre versioni di questo tipo di apparecchi, gli elettromagneti sono posizionati sul tubo dall'esterno.

In tutti i dispositivi considerati, l'acqua passa attraverso spazi relativamente stretti, quindi viene pre-pulita da sospensioni solide. Nella fig. 4 mostra uno schema di un apparato del tipo a trasformatore. È costituito da un giogo 1 con bobine elettromagnetiche 2, tra i cui poli è posto un tubo 3 di materiale diamagnetico. Il dispositivo è utilizzato per trattare acqua o cellulosa con correnti alternate o pulsanti di diverse frequenze.

Qui vengono descritti solo i design dei dispositivi più tipici che vengono utilizzati con successo in varie aree di produzione.

I campi magnetici influenzano anche lo sviluppo dell'attività vitale dei microrganismi. La magnetobiologia è un campo scientifico in via di sviluppo che trova sempre più applicazioni pratiche, anche nei processi biotecnologici della produzione alimentare. Viene rivelata l'influenza di campi magnetici costanti, variabili e pulsanti sulla riproduzione, proprietà morfologiche e culturali, metabolismo, attività enzimatica e altri aspetti dell'attività vitale dei microrganismi.

L'effetto dei campi magnetici sui microrganismi, indipendentemente dai loro parametri fisici, porta alla variabilità fenotipica delle proprietà morfologiche, culturali e biochimiche. In alcune specie, a seguito del trattamento, la composizione chimica, la struttura antigenica, la virulenza, la resistenza agli antibiotici, ai fagi e alle radiazioni UV possono cambiare. A volte i campi magnetici causano mutazioni dirette, ma più spesso influenzano le strutture genetiche extracromosomiche.

Non esiste una teoria generalmente accettata che spieghi il meccanismo del campo magnetico sulla cellula. Probabilmente, l'effetto biologico dei campi magnetici sui microrganismi si basa sul meccanismo generale dell'influenza indiretta attraverso il fattore ambientale.