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A revista inovação tecnológica em 12/03/2007 publicou
interessante artigo com o título ;
interessante artigo com o título ;
Gerador do futuro: moléculas orgânicas convertem calor em eletricidade
Quando se fala dos motores dos carros
mais modernos, é comum o uso de adjetivos como
"alta tecnologia", "super rendimento", "alta
potência"
e uma série de outros ufanismos. Mas, quando
vistos do ponto de vista da eficiência energética -
sua capacidade de transformar um tipo de energia
em outro - temos que concordar que eles estão bem
mais próximos das antigas máquinas a vapor do que
gostaríamos de admitir.
Cientistas conseguiram gerar eletricidade diretamente do calor, usando moléculas orgânicas, lançando as bases para o desenvolvimento de um novo tipo de conversor termoelétrico. [Imagem: Ben Utley/Berkeley]
Eficiência energética
"Gerar 1 watt de energia requer cerca de 3 watts de
calor e envolve o lançamento no meio ambiente do
equivalente a 2 watts de energia na forma de calor,"
explica o pesquisador Arun Majumdar, da
Universidade da Califórnia, Estados Unidos.
Com todos esses dados, é facilmente perceptível que
uma pequena alteração na eficiência da conversão
de calor em energia poderá ter um impacto enorme
não apenas no consumo de combustíveis,
principalmente os fósseis, mas também na
quantidade de calor lançada constantemente na
atmosfera pelas atividades humanas.
Conversores termoelétricos
Tudo o que precisamos é de um conversor
termoelétrico, um equipamento capaz de converter
diretamente o calor em eletricidade, sem a
necessidade de que um motor a combustão ou uma
turbina queimem um combustível para gerar energia
mecânica e, a seguir, fazer girar um gerador que é
quem efetivamente gera a eletricidade. Parece
simples, mas esse tem sido o cálice sagrado dos
engenheiros eletricistas nos últimos 50 anos.
Um conversor termoelétrico é um gerador de energia
que funciona com base no chamado Efeito de
Seebeck - um fenômeno no qual uma tensão
elétrica
elétrica
é criada quando junções de dois metais diferentes
são mantidos sob temperaturas diferentes. Mas os
maiores esforços dos cientistas têm sido vãos, e
esses conversores continuam sendo considerados os
geradores do futuro - de um futuro ainda não visível
no horizonte.
no horizonte.
Já foram construídos diversos equipamentos desse
tipo. Mas o melhor deles apresenta uma eficiência de
meros 7 por cento. Sem contar que eles são feitos
de ligas metálicas exóticas, normalmente utilizados
pela indústria de semicondutores, mas
metais mais utilizados nesses protótipos.
Geração orgânica de eletricidade
Agora, a equipe do Dr. Majumdar fez um progresso
significativo na área da conversão direta de calor
em eletricidade. Eles conseguiram gerar o efeito
Seebeck utilizando moléculas orgânicas, lançando as
bases para o desenvolvimento de um novo tipo de
conversor termoelétrico cujo custo será diminuído
em várias ordens de magnitude.
Moléculas de Benzeno
O conversor orgânico de calor em eletricidade foi
criado recobrindo-se dois eletrodos de ouro com
moléculas de benzenoditiol, dibenzenoditiol e
tribenzenoditiol. O calor foi aplicado a um dos
eletrodos, de forma a criar um diferencial de
temperatura. A ilustração acima mostra uma
molécula de benzenoditiol presa entre as duas
superfícies de ouro. Quando um dos lados é
aquecido, gera-se uma corrente elétrica.
Para cada grau de diferencial de temperatura, os
pesquisadores conseguiram gerar 8,7 microvolts de
eletricidade com o benzenoditiol, 12,9 microvolts,
com o dibenzenoditiol e 14,2 microvolts com o
tribenzenoditiol. A diferença máxima de temperatura
testada foi de 30º C.
"O efeito pode parecer muito pequeno agora, mas
esta é uma prova de conceito significativa, o
primeiro passo na termoeletricidade orgânica,"
comenta Pramod Reddy, outro pesquisador do
grupo.
Geradores do futuro
Quando falam em prova de conceito, os
pesquisadores se referem ao fato de que eles
conseguiram provar que sua teoria funciona. Agora
eles terão que trabalhar duro no sentido de otimizar
as reações e testar outros materiais orgânicos.
Ainda não é possível dizer se estamos diante dos
geradores de eletricidade do futuro. Vários anos de
pesquisas ainda serão necessários para se
aperfeiçoar a tecnologia e descobrir as moléculas
orgânicas que produzem os melhores resultados.
Mas o que é mais promissor é o fato de que, ainda
que esses conversores termoelétricos orgânicos não
se tornem um primor de eficiência, eles estarão
trabalhando na recuperação de uma parte de calor
que hoje é totalmente desperdiçada e lançada na
atmosfera.
Bibliografia:
Thermoelectricity in Molecular Junctions
Pramod Reddy, Sung-Yeon Jang, Rachel Segalman, Arun Majumdar
Science Express
February 15, 2007
DOI: 10.1126/science.1137149
Thermoelectricity in Molecular Junctions
Pramod Reddy, Sung-Yeon Jang, Rachel Segalman, Arun Majumdar
Science Express
February 15, 2007
DOI: 10.1126/science.1137149
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115070312#.U2arEYFdXSk
Um ano depois o G1 (12/08/08 ) publicou um artigo com esta tecnologia em aplicação automotiva.
Sistema transforma calor em eletricidade e economiza combustível dos carros
Uso de materiais termoelétricos visa economia de até 10% de gasolina.
Calor do escapamento poderá alimentar rádio DVD/Player e GPS, entre outros.
Calor do escapamento poderá alimentar rádio DVD/Player e GPS, entre outros.
Pesquisadores trabalham exaustivamente nos Estados Unidos para cumprir uma exigência do Departamento de Energia daquele país: aumentar em 10% a economia de combustível dos automóveis. Para isso, querem aproveitar o calor do escapamento e transformá-lo em energia elétrica.
A General Motors está próxima de viabilizar o projeto, assim como a BMW, que desenvolve seus experimentos em conjunto com a universidade de Ohio. O princípio de ambas as pesquisas é o mesmo, utilizar a termoelétrica – ciência que utiliza as diferenças de temperatura para criar eletricidade – para criar carros mais econômicos e, conseqüentemente, menos poluentes.
A General Motors está próxima de viabilizar o projeto, assim como a BMW, que desenvolve seus experimentos em conjunto com a universidade de Ohio. O princípio de ambas as pesquisas é o mesmo, utilizar a termoelétrica – ciência que utiliza as diferenças de temperatura para criar eletricidade – para criar carros mais econômicos e, conseqüentemente, menos poluentes.
Material termoelétrico, que envolve parte do escapamento do GM Suburban, transforma calor em eletricidade (Foto: AP)
O pesquisador da GM, Jihui Yang, afirma que um cinturão de metal especial envolvendo parte do cano de escapamento pode economizar até 5% de combustível no SUV Chevrolet Suburban, mas também poderá ser usado em modelos compactos.
Para se ter uma idéia, se os experimentos atingirem o objetivo de economizar 10% de combustível, cerca de 378 milhões de litros de gasolina deixarão de ser queimados a cada ano somente nos carros da GM que circulam pelos Estados Unidos. "É um assunto importantíssimo", diz Yang.
E a tecnologia não é revolucionária, pois é conhecida há varias décadas. Porém, 12 anos atrás, pesquisadores começaram a dar mais ênfase no uso de termoelétricos em veículos ao desenvolverem gerador para caminhão, que foi testado por quase 900 mil quilômetros com sucesso.
John Fairbanks, do departamento de tecnologia termoelétrica norte-americana, disse que o sucesso daquele experimento alavancou as pesquisas para um gerador termoelétrico que deverá substituir o alternador dos automóveis.
"Daqui a três anos poderemos ter carros saindo da linha de produção com geradores termoelétricos no lugar dos alternadores", disse Fairbanks. "É a tecnologia mais viável para viabilizar a economia de combustível em curto prazo."
É uma tecnologia similar à utilizada pela NASA para produzir energia elétrica suplementar nos ônibus espaciais desde os anos 60. Sistemas termoelétricos funcionam de duas formas diferentes: usando eletricidade para fornecer calor e frio ou usando diferenças de temperatura para gerar eletricidade.
Em um motor a combustão, apenas 1/4 de toda a energia gerada é transformada em potência efetiva para as rodas, enquanto 40% é perdida pelo calor gerado os outros 30 gastos no sistema de refrigeração do motor. Isso significa que aproximadamente 70% da energia disponível é desperdiçada, segundo a GM.
"Se você usar parte desse calor e convertê-la em eletricidade, pode aumentar a eficiência geral do sistema", afirma Yang.
Para se ter uma idéia, se os experimentos atingirem o objetivo de economizar 10% de combustível, cerca de 378 milhões de litros de gasolina deixarão de ser queimados a cada ano somente nos carros da GM que circulam pelos Estados Unidos. "É um assunto importantíssimo", diz Yang.
E a tecnologia não é revolucionária, pois é conhecida há varias décadas. Porém, 12 anos atrás, pesquisadores começaram a dar mais ênfase no uso de termoelétricos em veículos ao desenvolverem gerador para caminhão, que foi testado por quase 900 mil quilômetros com sucesso.
John Fairbanks, do departamento de tecnologia termoelétrica norte-americana, disse que o sucesso daquele experimento alavancou as pesquisas para um gerador termoelétrico que deverá substituir o alternador dos automóveis.
"Daqui a três anos poderemos ter carros saindo da linha de produção com geradores termoelétricos no lugar dos alternadores", disse Fairbanks. "É a tecnologia mais viável para viabilizar a economia de combustível em curto prazo."
É uma tecnologia similar à utilizada pela NASA para produzir energia elétrica suplementar nos ônibus espaciais desde os anos 60. Sistemas termoelétricos funcionam de duas formas diferentes: usando eletricidade para fornecer calor e frio ou usando diferenças de temperatura para gerar eletricidade.
Em um motor a combustão, apenas 1/4 de toda a energia gerada é transformada em potência efetiva para as rodas, enquanto 40% é perdida pelo calor gerado os outros 30 gastos no sistema de refrigeração do motor. Isso significa que aproximadamente 70% da energia disponível é desperdiçada, segundo a GM.
"Se você usar parte desse calor e convertê-la em eletricidade, pode aumentar a eficiência geral do sistema", afirma Yang.
O SUV Suburban deve ser o primeiro modelo da GM a utilizar a tecnologia termoelétrica (Foto: divulgação)
O SUV Suburban produz 15 quilowatts de energia de calor durante o uso urbano, o que é suficiente para fazer funcionar de três a quatro aparelhos de ar-condicionado simultaneamente.
Porém, é impossível aproveitar todo calor produzido pelos veículos. "Sendo assim, quando o Suburban viaja a 100 km/h, o gerador termoelétrico produz cerca de 800 watts de energia", diz Yang. "Essa eletricidade pode alimentar acessórios como o sistema de GPS, o rádio DVD/Player e até a bomba de água do sistema de refrigeração do motor."
O gerador termoelétrico funciona quando um dos lados do metal é aquecido. O calor faz com que os elétrons se movam para o lado mais frio. Esse movimento cria a corrente elétrica, a qual é coletada por eletrodos e convertida em eletricidade.
Ainda não há previsão de quanto o sistema irá encarecer o preço dos automóveis. "Mas a questão principal das pesquisas é justamente viabilizar o equipamento para o consumidor final", explica Yang.
"Ainda há muitos degraus para deixar o sistema viável, mas estamos otimistas que esses degraus possam ser superados com sucesso", disse Lon Bell, presidente da BSST, subsidiária fornecedora de materiais termoelétricos Amerigon Inc. A empresa, inclusive, trabalha para desenvolver um revolucionário sistema de ar-condicionado para a Ford.
A montadora norte-americana quer um sistema que resfrie rapidamente o interior do veículo no verão. "Nós acreditamos que podemos oferecer mais conforto para nossos clientes e isso sem sobrecarregar a central do sistema de ar-condicionado", diz Clay Maranville, cientista pesquisador da Ford.
A Honda divulgou que auxilia universidades nas pesquisas de termoelétricos, mas não tem um programa exclusivo de desenvolvimento sobre o assunto.
Porém, é impossível aproveitar todo calor produzido pelos veículos. "Sendo assim, quando o Suburban viaja a 100 km/h, o gerador termoelétrico produz cerca de 800 watts de energia", diz Yang. "Essa eletricidade pode alimentar acessórios como o sistema de GPS, o rádio DVD/Player e até a bomba de água do sistema de refrigeração do motor."
O gerador termoelétrico funciona quando um dos lados do metal é aquecido. O calor faz com que os elétrons se movam para o lado mais frio. Esse movimento cria a corrente elétrica, a qual é coletada por eletrodos e convertida em eletricidade.
Ainda não há previsão de quanto o sistema irá encarecer o preço dos automóveis. "Mas a questão principal das pesquisas é justamente viabilizar o equipamento para o consumidor final", explica Yang.
"Ainda há muitos degraus para deixar o sistema viável, mas estamos otimistas que esses degraus possam ser superados com sucesso", disse Lon Bell, presidente da BSST, subsidiária fornecedora de materiais termoelétricos Amerigon Inc. A empresa, inclusive, trabalha para desenvolver um revolucionário sistema de ar-condicionado para a Ford.
A montadora norte-americana quer um sistema que resfrie rapidamente o interior do veículo no verão. "Nós acreditamos que podemos oferecer mais conforto para nossos clientes e isso sem sobrecarregar a central do sistema de ar-condicionado", diz Clay Maranville, cientista pesquisador da Ford.
A Honda divulgou que auxilia universidades nas pesquisas de termoelétricos, mas não tem um programa exclusivo de desenvolvimento sobre o assunto.
Fontes:
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=010115070312#.U2arEYFdXSk
http://g1.globo.com/Noticias/Carros/0,,MUL719870-9658,00-SISTEMA+TRANSFORMA+CALOR+EM+ELETRICIDADE+E+ECONOMIZA+COMBUSTIVEL+DOS+CARROS.html
J.A.
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