Application de champs magnétiques à des fins technologiques

A des fins technologiques, les champs magnétiques sont principalement utilisés pour :

• impact sur le métal et les particules chargées,

• magnétisation de l'eau et des solutions aqueuses,

• impact sur les objets biologiques.

Dans le premier cas champ magnétique il est utilisé dans les séparateurs pour la purification de divers milieux alimentaires des impuretés ferromagnétiques métalliques et dans les dispositifs de séparation des particules chargées.

Dans le second, dans le but de modifier les propriétés physico-chimiques de l'eau.

Dans le troisième — contrôler les processus de nature biologique.

Dans les séparateurs magnétiques utilisant des systèmes magnétiques, les impuretés ferromagnétiques (acier, fonte, etc.) sont séparées de la masse en vrac. Il existe des séparateurs avec aimants permanents et des électroaimants. Pour calculer la force de levage des aimants, une formule approximative connue du cours général d'électrotechnique est utilisée.

où Fm est la force de levage, N, S est la section d'un aimant permanent ou du circuit magnétique d'un électroaimant, m2, V est l'induction magnétique, T.

Selon la valeur requise de la force de levage, la valeur requise de l'induction magnétique est déterminée lorsqu'un électroaimant est utilisé, la force de magnétisation (Iw):

où I est le courant de l'électroaimant, A, w est le nombre de spires de la bobine de l'électroaimant, Rm est la résistance magnétique égale à

ici lk est la longueur des sections individuelles du circuit magnétique avec une section et un matériau constants, m, μk est la perméabilité magnétique des sections correspondantes, H / m, Sk est la section des sections correspondantes, m2, S est la section efficace du circuit magnétique, m2, B est l'induction, T.

La résistance magnétique est constante uniquement pour les sections non magnétiques du circuit. Pour les sections magnétiques, la valeur de RM est trouvée à partir des courbes d'aimantation, car ici μ est une grandeur variable.

Séparateurs de champs magnétiques permanents

Les séparateurs les plus simples et les plus économiques sont à aimants permanents, car ils ne nécessitent pas d'énergie supplémentaire pour alimenter les bobines. Ils sont utilisés, par exemple, dans les boulangeries pour nettoyer la farine des impuretés ferreuses. En règle générale, la force de levage totale des magnétophones dans ces séparateurs doit être d'au moins 120 N. Dans un champ magnétique, la farine doit se déplacer en une fine couche d'environ 6 à 8 mm d'épaisseur, à une vitesse d'au plus supérieur à 0,5 m/s.

Les séparateurs à aimants permanents présentent également des inconvénients importants : leur force de levage est faible et s'affaiblit avec le temps en raison du vieillissement des aimants. Les séparateurs à électroaimants ne présentent pas ces inconvénients, car les électroaimants qui y sont installés sont alimentés en courant continu. Leur force de levage est beaucoup plus élevée et peut être ajustée par le courant de la bobine.

En figue. 1 montre un schéma d'un séparateur électromagnétique pour les impuretés en vrac.Le matériau de séparation est introduit dans la trémie de réception 1 et se déplace le long du convoyeur 2 jusqu'au tambour d'entraînement 3 en matériau amagnétique (laiton, etc.). Le tambour 3 tourne autour d'un électroaimant fixe DC 4.

La force centrifuge projette la matière dans le trou de déchargement 5, et les ferro-impuretés sous l'action du champ magnétique de l'électro-aimant 4 "collent" à la bande transporteuse et ne s'en détachent qu'après avoir quitté le champ d'action des aimants tombant dans le trou de déchargement des ferro-impuretés 6. Plus la couche de produit sur la bande transporteuse est fine, meilleure est la séparation.

Les champs magnétiques peuvent être utilisés pour séparer les particules chargées dans les systèmes dispersés. Cette séparation est basée sur les forces de Lorentz.

où Fl est la force agissant sur une particule chargée, N, k est le facteur de proportionnalité, q est la charge de la particule, C, v est la vitesse de la particule, m / s, N est intensité du champ magnétique, A / m, a est l'angle entre les vecteurs champ et vitesse.

Particules chargées positivement et négativement, les ions sont déviés dans des directions opposées sous l'action des forces de Lorentz, de plus, les particules de vitesses différentes sont également triées dans un champ magnétique en fonction de l'amplitude de leurs vitesses.

Riz. 1. Schéma d'un séparateur électromagnétique pour les impuretés en vrac

Appareils pour magnétiser l'eau

De nombreuses études menées ces dernières années ont montré la possibilité d'une application efficace du traitement magnétique des systèmes d'eau - eaux techniques et naturelles, solutions et suspensions.

Lors du traitement magnétique des systèmes d'eau, les événements suivants se produisent :

• accélération de la coagulation — adhésion de particules solides en suspension dans l'eau,

• formation et amélioration de l'adsorption,

• la formation de cristaux de sel lors de l'évaporation non pas sur les parois du récipient, mais dans le volume,

• accélérant la dissolution des solides,

• modification de la mouillabilité des surfaces solides,

• modification de la concentration des gaz dissous.

Étant donné que l'eau participe activement à tous les processus biologiques et à la plupart des processus technologiques, les modifications de ses propriétés sous l'influence d'un champ magnétique sont utilisées avec succès dans la technologie alimentaire, la médecine, la chimie, la biochimie et également dans l'agriculture.

Avec l'aide de la concentration locale de substances dans un liquide, il est possible d'obtenir:

• le dessalement et l'amélioration de la qualité des eaux naturelles et technologiques,

• nettoyer les liquides des impuretés en suspension,

• contrôler l'activité des solutions physiologiques et pharmacologiques alimentaires,

• contrôle des processus de croissance sélective des micro-organismes (accélération ou inhibition du taux de croissance et de division des bactéries, levures),

• contrôle des processus de lixiviation bactérienne des eaux usées,

• anesthésiologie magnétique.

La maîtrise des propriétés des systèmes colloïdaux, des procédés de dissolution et de cristallisation permet de :

• augmenter l'efficacité des procédés d'épaississement et de filtration,

• réduction des dépôts de sels, tartre et autres accumulations,

• améliorer la croissance des plantes, augmenter leur rendement, la germination.

Notons les caractéristiques du traitement magnétique de l'eau. 1. Le traitement magnétique nécessite l'écoulement obligatoire de l'eau à une certaine vitesse à travers un ou plusieurs champs magnétiques.

2.L'effet de magnétisation ne dure pas éternellement, mais disparaît quelque temps après la fin du champ magnétique, mesuré en heures ou en jours.

3. L'effet du traitement dépend de l'induction du champ magnétique et de son gradient, du débit, de la composition du système d'eau et du temps passé dans le champ. Il est à noter qu'il n'y a pas de proportionnalité directe entre l'effet du traitement et l'amplitude de l'intensité du champ magnétique. L'inclinaison du champ magnétique joue un rôle important. Ceci est compréhensible si l'on considère que la force F agissant sur une substance du côté d'un champ magnétique non uniforme est déterminée par l'expression

où x est la susceptibilité magnétique par unité de volume de la substance, H est l'intensité du champ magnétique, A / m, dH / dx est le gradient d'intensité

En règle générale, les valeurs d'induction du champ magnétique sont comprises entre 0,2 et 1,0 T et le gradient est de 50,00 à 200,00 T / m.

Les meilleurs résultats du traitement magnétique sont obtenus à un débit d'eau dans le champ égal à 1–3 m/s.

On sait peu de choses sur l'influence de la nature et de la concentration des substances dissoutes dans l'eau. Il a été constaté que l'effet de magnétisation dépend du type et de la quantité d'impuretés salines dans l'eau.

Voici quelques projets d'installations pour le traitement magnétique des systèmes d'eau avec des aimants permanents et des électroaimants alimentés par des courants de différentes fréquences.

En figue. 2. montre un schéma d'un dispositif d'aimantation de l'eau avec deux aimants permanents cylindriques 3, L'eau circule dans l'entrefer 2 du circuit magnétique formé par un noyau ferromagnétique creux 4 placé dans un boîtier L L'induction du champ magnétique est de 0,5 T, la pente est de 100,00 T / m La largeur de l'écart de 2 mm.

Riz. 2. Schéma d'un appareil pour magnétiser l'eau

Riz. 3.Dispositif de traitement magnétique des réseaux d'eau

Les appareils équipés d'électroaimants sont largement utilisés. Un dispositif de ce type est représenté sur la fig. 3. Il se compose de plusieurs électroaimants 3 avec des bobines 4 placées dans un revêtement diamagnétique 1. Le tout est situé dans un tuyau en fer 2. L'eau s'écoule dans l'espace entre le tuyau et le corps, protégé par un couvercle diamagnétique. L'intensité du champ magnétique dans cet espace est de 45 000 à 160 000 A / m. Dans d'autres versions de ce type d'appareil, les électroaimants sont placés sur le tube depuis l'extérieur.

Dans tous les appareils considérés, l'eau passe à travers des espaces relativement étroits, elle est donc pré-nettoyée des suspensions solides. En figue. La figure 4 montre un schéma d'un appareil de type transformateur. Il est constitué d'une culasse 1 avec des bobines électromagnétiques 2, entre les pôles desquelles est posé un tube 3 en matériau diamagnétique. L'appareil est utilisé pour traiter l'eau ou la cellulose avec des courants alternatifs ou pulsés de différentes fréquences.

Seules les conceptions d'appareils les plus typiques qui sont utilisées avec succès dans divers domaines de production sont décrites ici.

Les champs magnétiques affectent également le développement de l'activité vitale des micro-organismes. La magnétobiologie est un domaine scientifique en développement qui trouve de plus en plus d'applications pratiques, notamment dans les processus biotechnologiques de production alimentaire. L'influence des champs magnétiques constants, variables et pulsés sur la reproduction, les propriétés morphologiques et culturelles, le métabolisme, l'activité enzymatique et d'autres aspects de l'activité vitale des micro-organismes est révélée.

L'effet des champs magnétiques sur les micro-organismes, quels que soient leurs paramètres physiques, conduit à une variabilité phénotypique des propriétés morphologiques, culturelles et biochimiques. Chez certaines espèces, à la suite d'un traitement, la composition chimique, la structure antigénique, la virulence, la résistance aux antibiotiques, aux phages et aux rayons UV peuvent changer. Parfois, les champs magnétiques provoquent des mutations directes, mais le plus souvent, ils affectent les structures génétiques extrachromosomiques.

Il n'y a pas de théorie généralement acceptée expliquant le mécanisme du champ magnétique sur la cellule. Probablement, l'effet biologique des champs magnétiques sur les micro-organismes est basé sur le mécanisme général d'influence indirecte à travers le facteur environnemental.