segunda-feira, 23 de julho de 2018

Agora já é possível armazenar energia para geração elétrica.



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As pesquisas dentro de universidades e centros de pesquisas tem avançado em alternativas para a questão de maior eficiência, bem como, alternativas para geração elétrica de menor custo.
O documentário feito pelo elenco da Nova, comandado por David Pogue, com o título; Em busca da Super-bateria, desvenda questões do armazenamento energético mais limpo e otimizado de sistemas conhecidos de geração.
https://www.netflix.com/br-en/title/80991272



A) BATERIAS ELETROQUÍMICAS:

A-1) Baterias de Íon Lítio

O artigo se dedica, numa parte, na pesquisa e uso de baterias de Íon lítio com grande estabilidade térmica, evitando assim os acidentes tão conhecidos com estas baterias.
“Como sabemos, o Lítio ocupa a segunda posição na tabela periódica, lado esquerdo, logo após o hidrogênio”.Com seu peso atômica baixo é um material muito leve.
 Família 1A: Metais Alcalinos (lítio, sódio, potássio, rubídio, césio e frâncio).


“Um metal prateado e muito reativo chega a reagir com o ar e umidade e, em contato com a água, pode incendiar-se.”Com seu baixo peso atomico é um metal muito leve
Os pesquisadores conseguiram um meio de isolar e retardar este efeito abrupto reativo, aumentando a confiabilidade das baterias sem perder a sua capacidade de armazenamento e muito mais seguros contra acidentes como, por exemplo, se alguém furar a bateria com um martelo algo pontiagudo o  que normalmente desencadearia em combustão, não é o caso destas bateias de última geração.

A-2) Baterias de Fluxo :

Outro tipo de bateria que avançou neste uso, são as chamadas baterias de fluxo.

Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, desenvolveram uma nova bateria de fluxo que armazena energia em moléculas orgânicas dissolvidas em água com pH neutro. Essa nova química permite a produção de uma bateria não tóxica, não corrosiva, com uma vida útil excepcionalmente longa e oferece o potencial para diminuir significativamente os custos de produção. A pesquisa, publicada na ACS Energy Letters, foi liderada pelos professores Michael Aziz e Roy Gordon.

As baterias de fluxo armazenam energia em soluções líquidas em tanques externos - quanto maiores os tanques, mais energia elas armazenam. As baterias de fluxo são umas soluções para armazenamento promissora em se tratando de energias renováveis e intermitentes, como eólica e solar . No entanto,  as baterias de fluxo de hoje muitas vezes sofrem degradação da capacidade de armazenamento de energia após certa quantidade de ciclos de carga/descarga, exigindo manutenção periódica do eletrólito para a restauração da capacidade.



Segundo o documentário, dentro da Universidade de Michigan projeto usando dois tanques separados cuja circulação passa por um ponto separado por membranas criando o potencial elétrico. Uma planta piloto estava sendo usada numa instalação do exército (Massachusetts) com uso em conjunto com GMG com resultados auspiciosos.



https://www.ecycle.com.br/component/content/article/37-tecnologia-a-favor/5112-bateria-de-fluxo-de-longa-duraasao-pode-funcionar-por-mais-de-uma-decada-com-manutenasao-minima-e-baixo-custo.html


Voltando ao tópico do artigo, agora sim é possível armazenar a energia solar durante o dia  e continuar a noite fornecendo energia ao sistema.


A mesma coisa poderíamos dizer em locais em que o vento tem calmaria e possa deixar de gerar energia eólica. Nestes períodos a energia é armazenada em baterias forneceria ao sistema elétrico local.

A geração em muitos paises vem de origem de produtos fosseis que acabam contribuindo para o aquecimento global de nosso planeta. Como vimos, uma das alternativas estariam nas baterias eletroquímicas, mais não é só este tipo de bateria que esta sendo pesquisado.

Uma outra que esta sendo testado é as usinas reversíveis hídricas, existindo varios projetos pelo mundo.

B) HIDRO ELÉTRICAS REVERSÍVEIS:


Um assunto conhecido no setor elétrico mas que trago este tema do documentário abaixo.

O Reservatório de Bath, Virginia é chamado da maior bateria do mundo conhecida. Com dois lagos em desnível, durante o dia a água segue o fluxo normal circulando do lago mais alto, fazendo o trabalho de gerar as turbinas e descer em direção ao lago inferior no horário de demanda.
Durante a noite o ciclo se inverte e a água é bombeada de volta para o reservatório superior como um grande sistema fechado.
Vide foto:

Uma terceira vertente e nova nesta pesquisa, esta sendo feita em São Francisco pela empresa Amber Kinetics. A técnica não é nova, mas da forma como esta sendo feita é um grande avanço tecnológico e aí vamos para a terceira forma de armazenar energia.
O sistema  era e é muito conhecido em no-breaks rotativos onde um volante pesado é colocado no eixo entre o motor elétrico/ Gerador/ Motor Diesel.

C)  FLYWHEELS – Armazenamento de energia mecânica girante pesada.

O sistema consiste de discos muito pesados que armazenam energia mecânica girante. São instalado dentro de uma câmara fechada, quase um vácuo, diminuindo em muito o atrito. Assim segundo o fabricante, quando bem projetado, pode atingir 4 horas de uso, levando uma grande vantagem sobre todos os sistemas até agora apresentados, pois suas manutenção é quase inexistente devendo durar por décadas.

Foto :

Estas pesquisas vêem a quebrar alguns paradigmas como por exemplos:

-Energias solar fotovoltaica de grande capacidade só operar durante o dia.
-Energia eólica só opera quando tem vento.
-A água que passa por uma turbina de hidroelétrica não faz mais trabalho.

Recomendo que todos aqueles que puderem assistam o documentário do NOVa é muito esclarecedor.

Fontes:

Documentário da Nova:

Artigos disponíveis no Youtube  e na Wikpédia em anexo nos textos.





José Amilton

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quarta-feira, 13 de dezembro de 2017

Medidores de energia eletrônicos marcam mais que os convencionais?

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Pois amigos que me acompanham no blogger, fui surpreendido com um pedido de consultoria para criticar a medição de um medidor fabricado por tradicional  empresa do mercado. Segundo consta, ao instalar um no-break a conta de luz quase dobrou mesmo com a corrente de entrada estando dentro do normal. Com ajuda da concessionária local eles fizeram uma medição em conjunto atrás de possíveis erros / defeitos dos dois lados. Este medidor tem programações que podem ser alteradas, assim pode medir outras grandezas elétricas. No caso ele foi selecionado para medir corrente e comparada com os amperímetros alicates, onde foram constatados valores diferentes.



Achei estranho muito estranho e fui verificar o que se estava falando no mercado e na rede sobre este tema.
Fui surpreendido mais uma vez com uma quantidade de reclamações a respeito.  A mais séria foi verificada no Rio em algumas favelas onde foi acionado até o Ministério Publico.
No final o Tribunal de justiça soltou a decisão no link abaixo;

“TRIBUNAL DE JUSTIÇA SEGUNDA CÂMARA CÍVEL AGRAVO DE INSTRUMENTO Nº 0009252-08.2012.8.19.0000 Agravante: MINISTÉRIO PÚBLICO DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO Agravada: LIGHT SERVIÇOS DE ELETRICIDADE S/A Origem: JUÍZO DE DIREITO DA 4ª VARA EMPRESARIAL DA COMARCA DA CAPITAL”


Consultei o INMETRO pela rede, sobre a homologação do instrumento citado pelo meu amigo no inicio do texto. Realmente o equipamento estava homologado pelo órgão público federal seguindo as resoluções da ANEEL.

Como eu poderia de alguma forma condenar um instrumento homologado de uma multinacional, usado em vários paises?
A questão é que muito destes instrumentos tem comunicação e permite que os funcionários das concessionárias façam as leituras sem precisar entrar nas residências entre outras novidades tecnológicas.

Então veio uma luz através do próprio fabricante que respondeu a concessionária e ao meu amigo sobre este questionamento de medir a mais, diz o texto numa parte;

“ -  Baseado em informações de nossos clientes e testes realizados no nosso laboratório, foi possível confirmar que  alguns modelos de inversores geravam harmônicos de alta freqüência, influenciando na medição de corrente devido às características derivativas do sensor, fazendo com que o medidor registrasse valores  alterados de energia consumida e fornecida.”

Mais a frente diz;
“ ... a produção e revisão D do ASIC de medição utilizado, permitiram um aumento da imunidade do circuito de medição de corrente quanto a tais interferências ( harmônicos de alta freqüência) e,  desde o inicio de março de 2017.

Isso é surreal, deve ser por isso que o tribunal de Justiça do Rio mandou voltar aos velhos medidores. Onde esta o estatuto de defesa do consumidor, onde esta a ANEEL  e o INMETRO?
Como o incauto consumidor que compra, por exemplo; um chuveiro de controle eletrônico ou um dimmer para controlar luz da casa, a vai saber que pode pagar mais por usar estes equipamentos também homologados e vendidos no comércio em geral?

Mas eu aqui fiz um estudo dos porquês acontece isso.

A primeira coisa que vem a mente é a medição padrão usado e o que ela diz;

Em matemática, a raiz do valor quadrático médio ou RMS (do inglês root mean square) ou valor eficaz é uma medida estatística da magnitude de uma quantidade variável. Pode-se calcular para uma série de valores discretos ou para uma função variável contínua. O nome deriva do fato de que é a raiz quadrada da média aritmética dos quadrados dos valores. É um caso especial da potência média com o expoente p = 2.



Numa medição com harmônicos vai causar um erro:

Numa medição senoidal o valor vai dar correto;


Agora que vem a questão do “erro”, é muito provável que os medidores meçam de outra forma, ou seja, como os instrumentos de medição de precisão em tru-rms.

O que é a medição tru-rms?

“True-rms”. “RMS” significa “root-mean- square”(raiz-média-quadrada). Vem de uma fórmula matemática que calcula o valor “efetivo” (ou valor de aquecimento) de qualquer forma de onda ac.
Equipamentos ditos TRUE RMS, são capazes de fornecer o valor RMS verdadeiro, não importando o tipo de carga e, por conseqüência, o tipo de distorção do sinal. Mas dependendo do tipo de harmônico pode marcam um pouco mais em se tratando de corrente.






Concluindo:

Em carga convencional e senoidal nenhum problema os testes foram feitos em vários lugares e até pelo INMETRO.

Mas numa rede com harmônicos...
É necessário que as autoridades tomem uma posição sobre isso, pois do outro lado temos algumas inovações tecnológicas que vieram trazer benefícios a todo público consumidor como, por exemplo;
- As novas televisões têm fonte chaveada.
- Os computadores têm fontes chaveadas,
- Os novos condicionadores de ar inverter têm acionamento chaveado.
- Alguns chuveiros têm chaveamento e controle eletrônicos.
- Os celulares têm fontes chaveadas.
- Temos outros eletrodomésticos que também podem gerar algum tipo de harmônico como o fogão de indução.
- Alguns prédios têm elevadores controlados por acionamentos eletrônicos.
- No-breaks etc.

Então é preciso que se defina primeiro que nível de harmônico permitido e depois sim o tarifamento como foi o caso do fator de potencia.

O que não pode é chegar à casa do usuário, trocar o medidor e de uma hora para outra dobrar a conta de luz.
Se for permitido o uso eletrônico, por exemplo, do controle de um chuveiro ou de um dimmer que se defina qual percentual é permitido e se exija dos fabricantes filtros que limitem os valores da distorção de um lado. Do outro lado, que se exija dos fabricantes de medidores eletrônicos que a medição só ocorra baseado no definido acima e com tempo para todos se adequarem. Lembram da mesma situação em alguns medidores de água no passado que media até o ar dos canos, pois é algo similar. É preciso que as autoridades normalizem os dois lados, o que não pode é o consumidor que é a parte mais fraca na situação pagar por isso.

Nota 1:
Aqui não estamos dizendo que todos os medidores eletrônicos medem errado, pois não conhecemos todos e suas tecnologias, e que, de alguma forma, enganem o consumidor. O que dissemos foi que os medidores usam uma outra maneira de medir diferente dos convencionais e isso sim pode causar distorções na medida.
Nota 2 :
As medições de corrente são similares as de tensão na tecnologia tru-rms.

Fontes:





Documentação fornecida pela Tecnicontrol
http://www.tecnicontrol.com.br/index.php


José Amilton




quarta-feira, 8 de novembro de 2017

Transistores de diamante levam eletrônica de potência além do silício

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Artigo muito interessante publicado na Revista Eletrônica Inovação Tecnológica de 07/11/2017 sobre um avanço na eletrônica de potencia.



Semicondutores de bandgaplarga
Conforme o desempenho da eletrônica de potência baseada em silício se aproxima de sua capacidade máxima, aumenta o interesse nos semicondutores de grandes intervalos de energia, ou WBG (Wide BandGap) - esses intervalos referem-se à energia necessária para fazer um elétron sair de seu estado fundamental e passar para um estado condutor.
Considerados como significativamente mais eficientes em termos de energia, esses semicondutores emergiram como principais candidatos para o desenvolvimento de transistores de efeito de campo (FETs) para a próxima geração de eletrônicos envolvendo a conversão e o controle de energia elétrica em níveis mais elevados, como os utilizados nos veículos elétricos, nos geradores eólicos, na distribuição de energia e em uma infinidade de outras aplicações de alta potência.
O diamante é amplamente reconhecido como o material WBG ideal, devido às suas propriedades físicas, que permitem que os aparelhos funcionem a temperaturas, tensões e frequências muito mais altas, e com menores perdas de energia. Mas ainda havia desafios a vencer para seu uso prático.
Esquema de funcionamento e foto dos protótipos do transístor de diamante de alta potência (MOSFET). [Imagem: Institut NÉEL]
Transístor de diamante
Um dos principais desafios para tirar proveito de todo o potencial do diamante em um tipo importante de FET - o MOSFET (transístor de efeito de campo de óxido metálico semicondutor) - é aumentar a mobilidade do canal de cargas positivas, ou lacunas. Essa mobilidade, relacionada à facilidade com que a corrente flui, é essencial para ligar a corrente no MOSFET - um transístor pode ficar em um estado ligado ou em um estado desligado.
Agora, uma equipe da França, Reino Unido e Japão, adotou uma nova abordagem para resolver esse problema dopando os MOSFETs de diamante com boro, o que aumentou a mobilidade das cargas positivas em 10 vezes.
"Nós fabricamos um transístor em que o estado ligado é mantido pelo canal de condução inteiro através da epicamada de diamante dopado com boro," disse Julien Pernot, pesquisador do Instituto NEEL, na França. "Nossa prova de conceito abre caminho para explorar plenamente o potencial do diamante para aplicações MOSFET".
Pernot observa que o mesmo princípio pode ser aplicado a outros semicondutores WBG: "O boro é a solução de dopagem para o diamante, mas outras impurezas dopantes provavelmente seriam adequadas para permitir que outros semicondutores de grande intervalo de banda alcancem um regime estável de depleção profunda".
O resultado foi tão bom que os pesquisadores criaram uma empresa, a DiamFab, para começar a comercializar os transistores MOSFET de diamante.
Bibliografia:

Deep depletion concept for diamond MOSFET
Thanh-Toan Pham, Nicolas Rouger, Cedric Masante, Gauthier Chicot, Florin Udrea, David Eon, Etienne Gheeraert, Julien Pernot
Applied Physics Letters
Vol.: 111, 173503
DOI: 10.1063/1.4997975

Artigo anterior publica sobre este tema :
A mesma revista publicou o seguinte em 17/08/2017.

Primeiro chip feito com transistores de diamante


Transístor de diamante
Engenheiros japoneses apresentaram o primeiro circuito lógico construído com transistores à base de diamante.
Enquanto versões anteriores de chips de diamante fossem híbridos de válvulas e semicondutores, o novo circuito foi construído com base nos MOSFETs, transistores de efeito de campo (FET) baseados em semicondutores de óxidos metálicos (MOS).
Os chips de diamante provavelmente não concorrerão com os processadores tradicionais de silício, sendo talhados para aplicações em ambientes extremos de temperatura, pressão e radiação - como no espaço ou em equipamentos no interior de usinas e fábricas, por exemplo.
Uma técnica de fabricação inédita permite fazer uma interface precisa entre vários óxidos semicondutores e os diamantes. [Imagem: Jiangwei Liu et al. - 10.1109/LED.2017.2702744]
Chip de diamante
O diamante tem alta mobilidade de cargas elétricas, elevada condutividade térmica e é muito resistente, o que o torna um material promissor para o desenvolvimento de circuitos integrados que devem funcionar de forma estável em alta temperatura, alta frequência e alta potência.
Contudo, vinha sendo um desafio controlar a polaridade dos transistores de diamante e fabricar no mesmo substrato MOSFETs que operem em modo de depleção e em modo de acumulação - os dois principais tipos de chaveamento, correspondentes a se o transístor está ligado ou desligado, respectivamente.
Jiangwei Liu e seus colegas conseguiram as duas coisas desenvolvendo uma técnica de fabricação inédita que permite fazer uma interface precisa entre vários óxidos semicondutores e os diamantes - a descrição da técnica está cercada de segredos, estando em processo de patenteamento.
Com a demonstração de um circuito funcional, o próximo passo da equipe será construir chips de maior complexidade, que possam ser usados em aplicações reais, eventualmente eliminando os caros e complicados sistemas de proteção antirradiação, antitérmica e anti-raios cósmicos que os chips de silício exigem para serem usados em condições extremas.
Bibliografia:

Logic Circuits With Hydrogenated Diamond Field-Effect Transistors
Jiangwei Liu, Hirotaka Ohsato, Meiyong Liao, Masataka Imura, Eiichiro Watanabe, Yasuo Koide
IEEE Electron Device Letters
Vol.: 38, Issue: 7
DOI: 10.1109/LED.2017.2702744
Fontes :


J.A.

sábado, 17 de dezembro de 2016

Refrigeração quase passiva é possível ?


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Refrigeração quase passiva é possível ?

Pois a revista Eletrônica Inovação  Digital trouxe um interessante artigo a este respeito.

O título diz :


Está pronto ar-condicionado que manda calor para o espaço

para fazer o vácuo no ambiente refrigerado 
inicialmente, vejam...
Refrigeração passiva
Em 2014, uma equipe da Universidade de Stanford, nos 
EUA, lançou uma ideia que, a princípio, parecia boa 
demais para ser verdade: enviar calor para o espaço, 
eliminando a necessidade de consumir energia para a 
refrigeração em geral - sistemas de ar-condicionado, 
geladeiras, etc.
Logo depois eles demonstraram que essa técnica 
em pequena escala em uma célula solar.
O emissor termal, que envia o calor para o espaço, é transparente e está sobre o quadrado preto no centro da imagem. [Imagem: Zhen Chen]
Agora a coisa está esfriando ainda mais: Zhen Chen e 
seus colegas construíram um emissor termal - um 
dispositivo capaz de liberar mais calor do que recebe - que 
atinge uma temperatura 42,2º C abaixo da temperatura do 
ambiente onde ele é colocado.
"Para atingir um resfriamento de alto desempenho, a 
chave é acoplar qualquer objeto que você queira resfriar 
com o espaço exterior e desacoplá-lo do meio ambiente 
ao seu redor," disse Chen, lembrando que os -270 °C do 
espaço além da atmosfera podem funcionar como um 
dissipador de calor excepcional para qualquer aplicação 
terrestre.
Enviar calor para o espaço
A atmosfera da Terra permite que a radiação térmica de 
comprimentos de onda entre 8 e 13 micrômetros passe 
direto através dela rumo ao espaço exterior, mas a maioria 
dos objetos libera calor em comprimentos de onda 
diferentes.
Assim, Chen projetou um emissor termal de modo que a 
maior parte do calor que ele emite caia na faixa precisa da 
radiação térmica que a atmosfera deixa passar, o que 
significa que, em um dia limpo, o calor sairá dele direto 
para o espaço, sem qualquer absorção ou reflexão pelo ar.
Para os testes, o emissor foi colocado em uma câmara de 
vácuo, de forma a isolá-lo completamente da atmosfera e 
eliminar virtualmente qualquer transferência de calor por 
condução ou por convecção. Uma janela especialmente 
projetada em cima da câmara de vácuo, voltada para uma 
porção clara do céu, completou o arranjo experimental.
Meia hora depois de o ar ter sido bombeado da câmara, a 
temperatura do emissor caiu 40 °C abaixo da temperatura 
ambiente - muito abaixo do ponto de congelamento da 
água. Ao longo das primeiras 24 horas, ele manteve uma 
média de 37 °C abaixo da temperatura local, alcançando 
um pico de resfriamento de 42,2 °C.
Configuração do experimento. [Imagem: Zhen Chen et al. - 10.1038/ncomms13729]

Refrigeração espacial
A vocação natural desta tecnologia de "refrigeração 
espacial" está na complementação dos sistemas de ar-
condicionado instalados no topo dos edifícios e centros 
comerciais. Ela não conseguirá substituir totalmente os 
sistemas alimentados por eletricidade porque só funciona 
em dias claros - basta o dia ficar nublado para que o efeito 
cesse quase completamente.
A equipe, que já criou uma empresa para comercializar o 
resfriamento passivo, espera também encontrar um 
material mais barato do que o seleneto de zinco utilizado 
para construir o emissor termal, que é muito bom em gerar 
radiação termal nos comprimentos de onda precisos, mas 
é caro.
Além disso, poucas aplicações vão exigir o desempenho 
dramático obtido na demonstração, que reduz a 
temperatura bem abaixo da temperatura de congelamento 
mesmo em regiões muito quentes.

Fonte : 

J.A.