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A Revista Inovação Tecnológica publica sobre os avanços na pesquisa em baterias de fluxo.
Baterias de fluxo armazenam energia em fluidos químicos contidos em tanques externos, em vez de dentro do próprio recipiente da bateria. [Imagem: Eliza Grinnell/Harvard SEAS]
Reservas de energia
Tem havido muitas promessas, mas poucas realizações efetivas, no campo das baterias.
Além dos carros elétricos, há um sentido de urgência na busca de soluções para o armazenamento das fontes renováveis de energia, que permitam manter o abastecimento à rede elétrica quando o vento não está soprando ou o sol não está brilhando.
Pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, acabam de classificar mais um participante para a final dessa corrida.
Eles construíram uma bateria de fluxo baseada em moléculas orgânicas, eliminando a necessidade dos metais que encarecem a tecnologia.
A bateria de fluxo sem metais baseia-se na eletroquímica de pequenas moléculas naturalmente abundantes, baratas e orgânicas (à base de carbono) chamadas quinonas, que são similares às moléculas que armazenam energia nas plantas e animais.
Baterias de fluxo
Baterias de fluxo armazenam energia em fluidos químicos contidos em tanques externos - como nas células de combustível - em vez de dentro do próprio recipiente da bateria.
Os dois componentes principais - o equipamento de conversão eletroquímica por onde os fluidos correm (o que define a potência de pico da bateria), e os tanques de armazenamento dos compostos químicos (que definem a capacidade de carga) - podem ser dimensionados de forma independente.
Assim, a quantidade de energia que pode ser armazenada é limitada apenas pelo tamanho dos tanques, o que permite que grandes quantidades de energia sejam armazenadas a um custo menor do que com as baterias tradicionais.
Por exemplo, para armazenar 50 horas de energia de uma turbina eólica com capacidade de 1 megawatt (50 megawatts-hora), uma possível solução seria comprar baterias tradicionais com 50 megawatts-hora de capacidade, mas elas viriam com 50 megawatts de capacidade de energia - pagar por 50 megawatts de capacidade de energia quando apenas 1 megawatt é necessário faz pouco sentido.
Por esta razão, inúmeras equipes ao redor do mundo focaram sua atenção na tecnologia das baterias de fluxo. Mas, até agora, elas têm esbarrado em produtos químicos caros ou difíceis de manipular, elevando os custos de armazenamento de energia.
Bateria de fluxo orgânicas
Os componentes ativos dos eletrólitos na maioria das baterias de fluxo têm sido metais, sendo ovanádio utilizado nas versões mais avançadas. Embora eficiente, o vanádio é muito caro, estabelecendo um patamar de custo por quilowatt-hora muito elevado.
A nova bateria de fluxo baseada em materiais orgânicos elimina a necessidade do vanádio, sem voltar a depender dos eletrocatalisadores de metais preciosos, como a platina.
"Com as moléculas orgânicas, introduzimos um novo e vasto conjunto de possibilidades. Algumas delas serão ruins, mas outras serão realmente boas. Com estas quinonas, temos as primeiras que parecem ser muito boas," conta o professor Roy Gordon, um dos envolvidos no trabalho.
Quinonas
Para selecionar as melhores moléculas, a equipe está utilizando um grande banco de dados, já tendo analisado mais de 10.000 moléculas.
As quinonas são abundantes no petróleo bruto, assim como nas plantas verdes - a molécula que a equipe usou é quase idêntica à que se encontra no ruibarbo.
As melhores renderam baterias de fluxo que resistiram, até o momento da publicação dos primeiros resultados, a pelo menos 100 ciclos de carga e descarga.
A equipe está também trabalhando na questão da segurança das baterias de fluxo orgânicas: as quinonas são dissolvidas em água para que não peguem fogo.
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Causo !
Uma das maiores preocupações do Estado é relacionada ao
trabalho mais seguro possível aos trabalhadores em geral.
A NR 10 dispõe de informações básicas e classifica um
trabalho seguro ou inseguro. No entanto, muitas vezes o profissional de forma
negligente torna o trabalho inseguro, seja por não utilizar algum item de
segurança seja por tomar ações e procedimentos inseguros.
Este causo me foi contado pelo chefe de manutenção em linha
viva da multinacional que trabalhei por muitos anos.
Segundo ele, sua equipe especializada em manutenção em linha
viva, estava fazendo a transposição de um ramal de 330 kV no Rio de Janeiro.
Ele sempre me dizia que gostavam de trabalhar em extra alta
tensão que era mais segura para sua equipe. As distancias entre os condutores e
carcaças aterradas eram fatores preponderantes. Trabalhar em 13,8 kV detestava, achava muito inseguro pelas
proximidades dos condutores / caraças de painéis etc. A roupa especial metalizada proporcionava uma proteção contra os campos elétricos nestes níveis.
Relatava-me que tinha mandado um dos seus funcionários
especializado embora e por justa causa pelo seguinte fato;
“Em dado momento do serviço, ele movimento o dispositivo de
deslocamento sobre o cabo para um local mais descampado. Então de lá começou a
urinar.
Sabendo dos riscos o funcionário urinava aos poucos e de
forma descontinua. “Quando a urina se aproximava do solo levanta um língua de
fogo que subia cerca de 6
metros.”
Após o episódio, ele mandou o cara descer e voltar para o
hotel e retornar para S. Paulo.
O alemão mineiro me dizia; - JÁ este desgraçado colocou a vida
dele e de todos nós em em altíssimo risco sem contar que poderia desligar
metade do Rio de Janeiro.
Muitas vezes é o profissional que torna o trabalho inseguro,
seja por imprudência ou por falta de conhecimento técnico da operação e seus
riscos. Tem um causo que roda a internet já a um certo tempo sobre um disjunto de 13.8 KV. com defeito, vejam o resultado disso sem um teste anterior, lamentável. Acidentes ocorrem também quando o profissional perde o medo e fica a um passo da negligência.
Este é causo serve como um alerta para quem trabalha com tensões perigosas. J.A.
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Meio século da invenção do laser - fibra óptica
Terceira Parte Telecomunicações
Alguém vai recordar que, no passado, para realizar uma
simples ligação telefônica internacional precisava marcar hora na telefônica
local. Outros lembrarão das transmissões das Copas de 58 na Suécia e 62 no Chile, as dificuldades que era para as emissoras
de rádio transmitirem os jogos. Naquele tempo, algumas
chegavam a alugar rádios de ondas curtas para transmitir determinado trecho ou
entre um determinado local até que fosse possível seguir via telefônia. Ora
isso, acabava impedindo o retorno para que o locutor no local escutasse seus
estúdios e vice versa. Alguns transmitiam e narravam sem saber se estavam
sendo escutados aqui. Algo inimaginável nos dias de hoje da TV digital , da
internet e da telefonia celular.
Para ser um comparativo e avaliar melhor o salto tecnológico precisamos conhecer o inico histórico da telefonia e seus cabos submarinos interligando continentes.
O primeiro cabo submarino para telefonia, ligando a Europa
ao Brasil foi uma obra do Barão de Mauá.
Resultado do espírito empreendedor de Irineu Evangelista de Souza, Barão e
depois Visconde de Mauá, que participou da organização e financiamento da
instalação do cabo submarino.
Em
1893 a
companhia inglesa South American Cables Ltd instalou um cabo submarino em
Fernando de Noronha. Posteriormente, em 1914, a concessão deste cabo foi transferida
para a França. Um segundo cabo submarino em Fernando de Noronha foi lançado
pelos italianos da Italcable em 1925.
A evolução veio com o surgimento dos rádios micro-ondas ,
transmissões via satélite e finalmente as Fibras ópticas que é o que mostra o tópico.
Os cabos de fibra ótica são a espinha dorsal da
Internet e da telefonia atualmente. Mais de 95% do trafego mundial de dados passa por fibras óticas e menos de 5%
por satélites
Em meados 1840 em Paris, Daniel Colladon and
Jacques Babinet demonstraram o fenômeno da reflexão total da luz, principio
básico de uma fibra ótica.
Em 1952, no Imperial College of Science and
Technology de Londres, o fisico indiano Narinder Singh Kapany inventou a fibra
ótica, baseado em estudos do físico inglês John Tyndall.
As primeiras fibras óticas foram usadas para
endoscopia digestiva e não serviam para telecomunicações.
Para tornar a fibra ótica viável para telecomunicações,
ela teria que ser fabricada de um vidro muito mais puro do que os usados em
janelas e óculos, pois quanto mais impurezas, mais fraco o Laser a medida que
for se propagando.
Para se ter uma idéia, se a água dos oceanos
tivesse a mesmo grau de pureza do vidro de uma moderna fibra ótica, seria
possível ver da superfície com clareza os restos do Titanic.
Em 1965, os engenheiros Charles K. Kao e
George A. Hockham da empresa britânica Standard Telephones e Cabos (STC)
demonstraram que impurezas no vidro causavam a perda (atenuação) de 1000 dB/km
na fibra ótica, contra 10 a
50 dB/km de um cabo coaxial, tornando-a inviável para comunicações. Também
demonstraram que essas impurezas poderiam ser removidas.
Em 1970, os pesquisadores Robert D. Maurer,
Donald Keck, Peter C. Schultz, and Frank Zimar do fabricante de vidros
americano Corning Glass Works conseguiram produzir fibras óticas com a pureza
necessária (menos 20 dB/km) para seres usada em comunicações. Alguns
anos depois Corning Glass Works estava fabricando fibras óticas com menos 4
dB/km.
Em 1988, entrou em operação o primeiro cabo
transoceânico (Atlântico) de fibra ótica, construído pela AT&T , France
Telecom e British Telecom com capacidade para 40 mil ligações telefônicas
simultâneas.
Fibras óticas são usadas para “inspecionar” o
corpo humano (endoscopia), e também na inspeção de maquinas, como motores a
jato.
Varias fibras óticas podem operar próximas em
um cabo sem haver interferência entre elas e alem disso elas não sofrem
interferência eletromagnética.
Fibras óticas são mais finas do que um fio de
cobre, consomem menos energia e possuem maior capacidade de transmissão de
informação.
Os Lasers são usados nas fibras óticas para
comunicação de grande distancia, devido a sua grande potência.
• fibras óticas monomodo (diâmetro do núcleo
de 9 ¼m) usam Lasers semicondutores (diodo) [1300 a 1550 nm e 0,5 dB/km] e são
usadas para longas distancias (maior largura de banda)
• fibras óticas multímodo (diâmetro do núcleo
de 65 ¼m) usam LEDs [850 a 1300 nm e 1.5 a 3.75 dB/km] e são usadas para curtas
distancias (menor largura de banda)
Existem vários processos de fabricação das
fibras óticas, que são bastante complexos
Experimento com Laser e cilindro de
acrílico demonstra o principio da reflexão total da Luz (Lei de Snell)
A parte interna (núcleo) das fibras óticas tem um índice de refração maior que
a parte externa (casca) e ao incindir em um ângulo pequeno, a luz sofre
reflexão total.
Cabo de fibra ótica terrestre
A fibra ótica é feita de um vidro muito puro, com baixa atenuação do sinal, mas a cada 100 km o Laser acaba ficando “fraco” e é necessário a instalação de repetidores, que são amplificadores óticos (amplificadores de fibra dopada com érbio - EDFA).
Os amplificadores óticos foram inventados na universidade de Stanford, na Califórnia e depois aperfeiçoados pelo Bell Labs.
Alguns navios são especializados em lançar cabos de fibra-ótica submarinos
Mapa com a rede mundial de cabos de fibra-ótica submarinos
Seguindo a evolução , este processo passou a ser utilizada em
equipamentos nas diversas áreas do conhecimento. Mas o grande salto foi mesmo
nas telecomunicações e redes de informática como por exemplo;
Consórcio apoiado pelo Google inicia instalação de
fibra óptica submarina dos Estados Unidos ao Japão (10 mil km) de 4,8 Tbps ao
custo de US$ 300 milhões
24 de junho de 2008
Tóquio - Cabo submarino Unity terá capacidade
de 4,8 Tbps e inaugura participação do gigante de buscas, junto a operadoras,
no setor infra-estrutura.
As empresas NEC e Tyco começaram a planejar
juntas nesta terça-feira (24/06) o cabo submarino Unity, link de fibra óptica
entre os Estados Unidos e o Japão apoiado pelo Google e por cinco operadoras de
telefonia.
O cabo de 300 milhões de dólares terá
inicialmente cinco pares de fibras - cabos duplos de fibra óptica, onde um é
usado para serviços e outro para backup - mas será expandido para oito pares.
Cada par é capaz de carregar 960 Gbps de dados dando ao sistema capacidade
total de 4,8 Tbps.
Para comparar a capacidade e o impacto do
Unity no setor de cabos submarinos, a TeleGeography afirmou que no final de 2007 a capacidade em uso dos
cabos parou em 3,3 Tbps totais. Diversos cabos estão sendo atualizados para
atender a demanda crescente e dois novos cabos, Trans-Pacific Express e Asia
America Gateway, deverão estar online até o final do ano, totalizando
capacidade de 7,2 Tbps.
O cabo está programado para começar a ser
usado no primeiro trimestre de 2010, quando o Unity deverá representar,
sozinho, cerca de 20% da capacidade disponível em transmissões pelo Oceano
Pacífico.
Além do Google, os outros parceiros da
implementação são as operadoras Bharti Airtel, da Índia; Global Transit, da
Malásia; KDDI, do Japão e Pacnet e SingTel, de Cingapura.
A participação do Google no consórcio ganhou
destaque quando foi anunciada em fevereiro, já que, normalmente, apenas
operadoras estão envolvidas em projetos do tipo.
O Google anunciou, no final da semana
passada, a conclusão do Unity, um novo sistema de cabos de fibra óptica
submarinos que interliga os Estados Unidos e o Japão.
Anunciado oficialmente em fevereiro de 2008, a nova
infra-estrutura Trans-Pacific possui 9.620 quilômetros
de cabos e custou aproximadamente US$ 300 milhões. O Unity foi projetado para
fornecer uma largura de banda de até 4,8 Terabits por segundo (Tbps), com uma
capacidade de até 960 Gigabits por segundo (Gbps) para cada par de fibra
óptica.
O consórcio Unity é um esforço em conjunto da
Bharti Airtel, Global Transit, Google, KDDI Corporation, Pacnet e SingTel. O
nome Unity foi escolhido para significar um novo tipo de consórcio, nascido
entre sistemas potencialmente concorrentes, a emergir como um sistema dentro de
um sistema, oferecendo propriedade e gestão individual de cada fibra pares.
"Após meses de testes para garantir que o
sistema de cabo atende aos rigorosos padrões de transmissão especificados, o
Unity está pronto para entregar a tão esperada capacidade de conectividade
Trans-Pacific para atender as necessidades dos membros do consórcio",
disse Chris Wilson, Presidente da Comissão Executiva do Unity.
O novo sistema conecta Chikura, no Japão, à
Los Angeles, Palo Alto e San Jose, na costa oeste americana. Em Chikura, o
Unity é interligado a outros sistemas de cabos, aumentando ainda mais a
conectividade com a Ásia.
Alcatel-Lucent bate recorde de transmissão:
15,5 Terabits por segundo para uma distancia de 7000 km. Alta velocidade de transmissão de informoções equivale a 400 DVDs por segundo.
A Alcatel-Lucent anunciou que os cientistas do
Bell Labs, setor de pesquisa da empresa, estabeleceram um novo recorde de
transmissão óptica.
Segundo informação da empresa, esse
experimento de transmissão envolveu o envio do equivalente a 400 DVDs por
segundo sobre 7.000
quilômetros (aproximadamente a distância entre Paris e
Chicago). Trata-se da mais alta capacidade já atingida sobre uma distância
transoceânica, e excede em dez vezes a distância dos atuais cabos submarinos
comerciais. As transmissões foram feitas sobre uma rede na qual havia um espaço
de 90 quilômetros
entre os repetidores (dispositivos usados para sustentar sinais ópticos em
longas distâncias). Esta distância é 20% maior do que aquela usualmente mantida
nessas redes.
Para atingir os resultados, os pesquisadores
do Bell Labs usaram novas técnicas de detecção e aproveitaram um conjunto
diverso de tecnologias em modulação, transmissão e processamento de sinais.
Os pesquisadores também fizeram uso de
processadores de sinais digitais com detecção coerente, uma nova tecnologia que
possibilita adquirir detalhes para um número de propriedades de luz acima do
que o método de detecção direta, que é normalmente aplicado nos sistemas de
hoje. Com esta técnica, foi possível aumentar a capacidade e o número de fontes
de luz introduzidas em uma única fibra, além da possibilidade de separação da
luz em suas cores constituintes, assim que elas atingem seus destinos.
Para fazer isto, os cientistas do Bell Labs
utilizaram cerca de 155 lasers, cada um deles operando numa frequência
diferente e carregando cerca de 100 gigabits de dados por segundo.
Multiplicando o número de lasers pela transmissão de dados, e temos um incrível
número de 15.5 terabits por segundo, numa distância de 7000 quilômetros.
Para a empresa, este recorde de transmissão
está relacionado a uma série de investimentos de redes ópticas do Bell Labs.
Outros projetos para o setor de otimização de transferência de dados realizados
pela segmentação da Alcatel foi a introdução de fibra de dispersão não zero,
experimentos na área de Ethernet 100 Gigabits e o Differential Phase-Shift
Keying (DPSK) a 40 Gigabits por segundo.
Um grupo de cientistas dos Estados Unidos
anunciou o desenvolvimento de uma nova classe de fibra óptica.
Trata-se da primeira fibra com o interior
feito com seleneto de zinco, um composto amarelo claro com propriedades
semicondutoras.
A nova classe de fibra óptica que permite,
segundo os autores, a manipulação mais eficiente da luz e poderá ser usada no
desenvolvimento de tecnologias de laser mais versáteis para uso em medicina ou
como sensores ambientais e químicos.
Núcleo semicondutor
John Badding, da Universidade da Pensilvânia,
coordenador da pesquisa, explicou que a tecnologia de fibra óptica tem sido
limitada pela utilização de um núcleo vítreo.
"O vidro tem um arranjo desordenado de
átomos. Já uma substância cristalina, como o seleneto de zinco, é altamente
ordenada. Essa ordem permite a transmissão de luz com comprimentos de onda mais
longos, especificamente na região do infravermelho médio," disse ele.
Ao contrário de vidro de sílica, que é
tradicionalmente utilizado na construção de fibras ópticas, o seleneto de zinco
é um composto semicondutor.
Sabemos há muito tempo que o seleneto de zinco
é um composto útil, capaz de manipular a luz de uma forma que a sílica não
consegue,", disse Badding. "O desafio era colocar este composto em
uma estrutura de fibra, algo que nunca havia sido feito antes."
Usando uma técnica de deposição química sob
alta pressão, desenvolvida por Justin Sparks, coautor da pesquisa, os
cientistas depositaram núcleos de seleneto de zinco no interior de
capilaridades do vidro, criando esta nova classe de fibras ópticas.
Laser infravermelho
A nova fibra óptica demonstrou duas vantagens
importantes.
Primeiramente, os pesquisadores descobriram
que a nova fibra é mais versátil não apenas no espectro visível, mas também no
infravermelho - a radiação eletromagnética com comprimentos de onda acima da
luz visível.
A tecnologia atual de fibras ópticas é
ineficiente na transmissão da luz infravermelha.
A quebra dessa barreira abre caminho para o
uso das fibras ópticas na construção de lasers infravermelhos, potencialmente
encontrando usos na área médica, em cirurgias, por exemplo.
Em segundo lugar, ela é mais eficiente na
conversão de luz de uma cor para outra.
"Quando as fibras ópticas tradicionais
são usadas em sinalização, exposições e em arte, nem sempre é possível obter as
cores que você quer. O seleneto de zinco, por meio de um processo chamado de
conversão de frequência não linear, tem maior capacidade de alterar as
cores", disse Badding.
Detecção de poluentes
Os pesquisadores destacam ainda que a
tecnologia poderá se mostrar útil na fabricação de novos detectores de
poluentes e de toxinas.
"Moléculas diferentes absorvem luz de
diferentes comprimentos de onda. Por exemplo, a água absorve, ou pára, a luz
com comprimento de onda de 2,6 micrômetros," disse Badding.
"Mas as moléculas de certos poluentes ou
outras substâncias tóxicas podem absorver a luz de comprimentos de onda muito
maiores. Se pudermos transportar luz de comprimentos de onda mais longos
através da atmosfera, poderemos ver quais substâncias estão lá com muito mais
clareza," concluiu.
Badding foi um dos líderes da pesquisa que
resultou na construção de componentes eletrônicos no interior de uma fibra
óptica.
O controle de disparo na potencia das
válvulas tiristorizadas de Itaipu em CC, levam o sinal do controle digital até
o potencial de 300 KV por fibra óptica. Uma evolução para este transporte de
informações e controle é este novo tipo que esta sendo apresentado;
Os pulsos de luz (esferas brancas) viajando ao
longo da fibra óptica podem ser convertidos em sinais elétricos (onda quadrada)
dentro da própria fibra, por uma junção semicondutora.[Imagem: John Badding
Lab/Penn State University]
Fibra óptica inteligente
Uma equipe de físicos, químicos e engenheiros
conseguiu pela primeira vez inserir em uma fibra óptica materiais
semicondutores que dão à fibra funções eletrônicas integradas de alta
velocidade.
A aplicação mais imediata da tecnologia é o
desenvolvimento de uma forma direta de troca de informações entre as fibras
ópticas e os equipamentos eletrônicos que enviam e recebem essas informações.
As fibras ópticas são componentes estritamente
passivos, responsáveis por transportar a luz na qual as informações estão
codificadas. A parte "inteligente" do mecanismo é feita por
componentes eletrônicos no interior dos microprocessadores, que trabalham com
sinais elétricos.
Isto exige um grande aparato de equipamentos
capazes de fazer a conversão eletro-óptica na ponta que transmite, e
opto-elétrica na ponta que recebe os dados.
A incorporação dos cristais semicondutores
cristalinos no interior vítreo da fibra óptica permite que os pesquisadores se
aproximem da situação ideal na qual, em vez de acoplar a fibra óptica a um
chip, a própria "fibra óptica inteligente" desempenharia funções
eletrônicas.
Rede óptica só de fibras
Os pesquisadores das universidades da
Pensilvânia (EUA) e Southampton (Reino Unido) afirmam que isso elimina também
problemas bem mais prosaicos no acoplamento opto-elétrico: o fato de que a
fibra óptica é cilíndrica, enquanto os chips são planares e muito finos.
Usando técnicas químicas de alta pressão, o
grupo desenvolveu uma forma de depositar os materiais semicondutores, camada
por camada, diretamente no interior de minúsculos buracos no material vítreo da
fibra óptica.
Isto cria os transistores necessários para
fazer o processamento eletrônico ativo.
Fibras ópticas com componentes eletrônicos
integrados
Passo a passo do processo de fabricação do
transístor no interior de furos feitos no material cristalino da fibra óptica.
[Imagem: He et al./Nature Photonics]
Como não é necessário construir o chip inteiro
dentro da fibra óptica - basta construir alguns poucos transistores necessários
para a conversão dos sinais ópticos em sinais elétricos - o processo não exige
os grandes equipamentos e as salas limpas necessárias à fabricação dos
processadores.
Para Pier Sazio, um dos membros da equipe, um
dos objetivos a ser atingido pelo trabalho da equipe é a construção de redes
ópticas de transmissão de dados usando unicamente fibras: "Se o sinal
nunca deixar a fibra, então a rede será mais rápida, mais barata e mais
eficiente."
Aplicações
Mas a tecnologia tem outras aplicações além da
transmissão de dados.
"Por exemplo, nosso trabalho representa
uma abordagem diferente para fabricar junções semicondutoras, que nós estamos
tentando usar como células solares," disse o Dr. John Badding, que
apresentou os primeiros resultados na área há cerca de um ano, quando materiais
semicondutores foram incorporados em uma fibra óptica.
Outras aplicações incluem novas formas de
geração e aplicação dos raios laser e sensores menores e mais precisos.
Nos dias de hoje o laser esta incorporado a
vida do homem e cada vez mais se encontra aplicações novas deste invento.
Laser a calor emite luz sem gastar eletricidade
Esquema de um laser de cascateamento
quântico, que poderá ser alimentado por calor, funcionando sem
eletricidade.[Imagem: Christoph Deutsch]
Laser quente
Um exemplo clássico de como uma pesquisa
básica pode revolucionar o mundo, o laser, inventado há apenas 50 anos, é hoje
uma tecnologia onipresente.
E poderá ser ainda mais importante, quando os
engenheiros construírem um novo laser proposto pela estudante Kathrin Sandner,
da Universidade de Innsbruck, na Áustria.
Sandner estava tentando reduzir o aquecimento
de um tipo especial de laser, chamado laser de cascateamento quântico, quando
se deu conta de que o calor pode ser usado para gerar a emissão continuada de
luz coerente.
Em termos mais simples, um laser alimentado
por calor, que dispensa totalmente a eletricidade para gerar sua luz.
Laser de cascateamento quântico
Com toda a sua importância, os lasers
atualmente cobrem apenas uma pequena faixa do espectro eletromagnético - nem
todos os comprimentos de onda foram igualmente pesquisados até agora.
Por exemplo, na faixa do infravermelho
distante e da radiação terahertz, a luz coerente é emitida por lasers de
cascateamento quântico, que estão longe de serem eficientes porque aquecem
demais - e, quando o calor é excessivo, a emissão do laser é interrompida.
Esses lasers são gerados por pilhas de várias
camadas de materiais semicondutores, cada uma com espessura muito precisa e
dopada com elementos diferentes.
"Os elétrons são transferidos através
dessa estrutura em uma série específica de processos de tunelamento e saltos
quânticos," explica o professor Helmut Ritsch, entusiasmado com a
descoberta de sua aluna. "Entre essas camadas, os elétrons colidem com outras
partículas, o que esquenta o laser.
Por essa razão, os lasers de cascateamento
quântico só funcionam quando são fortemente resfriados.
Elétrons, fótons e fônons
Sandner acredita que não precisa ser assim. Na
verdade, segundo ela, o aquecimento dos lasers de cascateamento quântico não
apenas pode ser evitado, como o próprio calor pode ser usado para fazer o laser
funcionar.
O truque consiste em "reverter" o
aquecimento, o que pode ser feito alterando com precisão a espessura das
diversas camadas de semicondutores.
"Uma parte crucial é separar
espacialmente as áreas quentes e frias do laser," diz a pesquisadora.
"Nesse laser alimentado por gradiente de
temperatura, os elétrons são termalmente excitados na área quente e então
tunelam para a área fria, onde os fótons são emitidos," explica ela.
Ou seja, a energia do calor é absorvida - de
uma fonte qualquer - e simultaneamente reemitida na forma da luz.
"Entre as emissões consecutivas de
partículas de luz, um fônon é absorvido e o laser é resfriado. Quando levamos a
ideia adiante, vimos que a presença dos fônons é suficiente para fornecer a
energia para a amplificação laser," disse Sandner.
Resfriamento de chips
O professor Ritsch reconhece que será um
desafio fabricar as diversas camadas com tanta precisão, mas será um esforço
que valerá a pena.
Segundo ele, além de criar uma nova geração de
lasers, alimentados por calor, o princípio poderá ser usado para resfriar
processadores de computador.
"Além da elegância conceitual dessa
ideia, abre-se uma forma completamente nova de usar o calor dos microchips de
uma forma benéfica, em vez de precisar dissipá-lo por arrefecimento,"
propõe ele.
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Causo - Pernas pra que te quero... No ano de 1975 estávamos realizando a entrega de uma fonte numa pequena cidade na região de Londrina - PR. Chegamos já no final da tarde e adiantamos uma das tarefas que seria a colocação em carga das baterias para que no outro dia realizasse-mos os testes de aceitação, incluindo descarga até 1,75 Vdc por elemento. Chegamos ao pequeno hotel da cidade por volta das 20:00 hs. Algum tempo depois o grupo formado por dois técnicos da Telepar e seu motorista e eu o responsável pelos testes do fabricante. A pequena cidade não tinha nada, uma lanchonete no centro e o restaurante do hotel. Eram os únicos locais onde se poderia fazer refeição. Conversa vai e conversa vem, o filho do proprietário do hotel sugeriu que fossemos para a cidade anterior de quem vinha de Londrina. Além de maior tinha uma vida noturna movimentado. Isso acendeu a turma e decidimos ir para a tal cidade que ficava a uns 40 km. Resolvemos lanchar numa grande casa noturna que além da musica tinha umas belas garotas. À hora passa rápido e já era quase 01 h da manhã quando chega um sujeito e tenta tirar a garota que estava com um dos técnicos da Telepar. Logo uma discussão acontece e um acompanhante deste cara dá uma biaba por trás no técnico. Imediatamente o filho do dono do hotel enche a fuça do sujeito com um direto . Parecendo um filme de bang- bang se abre um clarão . Aparece revolver na má mão dos caras, algumas mulheres cercam os nossos brigões protegendo-os. Corremos para a Caminhoneta C10 Cabine dupla da Telepar. Na confusão soubemos que os caras eram da policia civil da cidade. Eles também viram que éramos da Telepar de Curitiba e refrearam o animo do atirar . As mulheres escoltaram os dois brigões até o carro e alguns tapas se viam por cima delas. Quando os dois entraram saímos em desabalada carreira daquele local cantando pneus enquanto a turma do deixa disso seguravam os policiais. Resumindo, foi uma das mais rápidas aceitações que fizemos e saímos à noite do segundo dia daquele local dos infernos, eu ehm... Este é mais um causo daqueles...
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Segunda Parte.
San Andreas postou seu tópico com muitas imagens e
informações diversificadas do uso e aplicação.
Estou organizando por
cada área do conhecimento como podemos ver no primeiro tópico onde citamos das
pesquisas até seu desenvolvimento para todos seguimentos. Mostrei o uso na indústria
áudio-visual , industria metal mecânica e na espacial.
Nesta segunda parte o uso militar..
Aplicação militar;
Navio de guerra abate UAVs com LASER
20 de julho de 2010 A companhia Raytheon e uma equipe da US Navy usaram um feixe combinado de laser para derrubar quatro UAVs em voo durante testes sobre a água, em maio deste ano.
Os alvos aéreos foram engajados e destruídos pelo Navy s Laser Weapon System (LaWS) guiado pela suíte de sensores de um CIWS (Close-in Weapon System) Phalanx.
O LaWS emprega seis lasers de uso industrial que focam simultâneamente no alvo
s engajamentos serviram para validar a viabilidade operacional da combinação Phalanx-LaWS sobre o mar, segundo o presidente da Raytheon Missile Systems, Dr. Taylor W. Lawrence.
A equipe Raytheon- Navy demonstrou a capacidade dos sistemas de detectar, rastrear, engajar e destruir alvos dinâmicos em alcances táticos significativos em ambiente marítimo.
Para o teste, o LaWS foi montado em uma plataforma próxima de um reparo Phalanx Block 1B. O operador do Phalanx usou o modo de superfície do Block 1B para rastreamento eletroótico e os sensores de rádio frequência do sistema para prover dados de alcance para o LaWS. Quando o Phalanx adquiriu os UAVs, o LaWS os destruiu.
Foi a primeira vez que um feixe de laser de estado sólido de 32 Megawatt (MW) de energia dirigida, foi disparado por um navio de guerra a uma distância de mais de 2 milhas, destruindo drones voando a mais de 300 milhas por hora.
Abaixo, um vídeo mostrando a destruição de um dos drones.
Completado o design preliminar de arma laser para navios da USN
20 de março de 2010
Na última quinta-feira, 18 de março, a Boeing informou que completou, com sucesso, o design preliminar para o sistema de armas Free Electron Laser (FEL) da Marinha dos EUA (U.S. Navy). Segundo a empresa, isso é um passo fundamental na direção de construir um protótipo para testes realísticos no mar.
Entre 9 e 11 de março, na revisão do design preliminar realizada em sua unidade em Arlington (EUA), a empresa apresentou o projeto a mais de 30 representantes do governo e do Laboratório Nacional dos EUA. Segundo a Boeing, o laser elétrico operará passando um raio de elétrons de alta energia através de uma série de fortes campos magnéticos, gerando uma emissão intensa de luz laser, capaz de destruir ou desabilitar alvos.
Gary Fitzmire, vice presidente e diretor de programa da Boeing Directed Energy Systems, disse que o “Free Electron Laser utilizará a energia elétrica do navio para gerar, na prática, munição ilimitada e prover uma capacidade de defesa contra ameaças como mísseis hipervelozes, de forma ultraprecisa e na velocidade da luz. Trata-se de um desenvolvimento de um sistema de armas que transformará a guerra naval.”
O contrato estimado em 163 milhões de dólares para iniciar o desenvolvimento do FEL foi concedido à Boeing em abril de 2009, com uma parcela inicial de 6,9 milhões. Espera-se que a Marinha dos EUA decida em meados deste ano conceder mais parcelas (task order) à Boeing para completar o design do sistema e construir e operar um demonstrador de laboratório. Outros sistemas de armas laser que a Boeing está desenvolvendo são o Airborne Laser Test Bed, o High Energy Laser Technology Demonstrator, e o Laser Avenger, entre outros (veja mais nos links abaixo).
Laser da Northrop Grumman demonstra alta letalidade e grande alcance
Os testes do sistema MLD (Maritime Laser Demonstration) da US Navy, conduzidos recentemente no Potomac River Test Range, confirmaram a prontidão do sistema de arma laser para continuar os testes de mar no próximo ano, de acordo com Northrop Grumman Corporation, contratante principal.
Operando a partir de um local fixo sobre a terra, o sistema de armas MLD disparou um feixe de laser em uma série de alvos fixos, incluindo seções de pequenos barcos, ao longo do rio Potomac. O laser atravessou as seções dos barcos nesses testes, realizados no final de agosto e início de setembro.
Quando estiver pronto, o MLD poderá ser usado contra ameaças assimétricas, mísseis e UAVs.
USAF e Boeing fazem primeiro disparo em voo do Laser Tático Avançado
A Boeing comunicou que, no último dia 13 de junho, o Laser Tático Avançado (Advanced Tactical Laser – ATL), de alta potência, foi disparado com sucesso a partir de uma aeronave em voo pela primeira vez.
O ATL é uma aeronave C-130H equipada com uma torreta de laser, um sistema de controle de fogo, sensores e consoles do sistema de armas. Segundo a empresa, neste primeiro disparo em voo sobre o campo de testes de mísseis de White Sands, o alvo em terra foi atingido com sucesso.
Mais testes estão planejados para demonstrar a utilidade militar do ATL, desenvolvido para destruir, danificar ou pôr fora de combate alvos em terra sem causar danos colaterais e com alta precisão, podendo ser empregado tanto sobre o campo de batalha quanto em operações urbanas.
Outras empresas participam do programa. Por exemplo, a torreta é produzida pela L-3 Communications/Brashear, e a HYTEC Inc., fornece diversos elementos estruturais. A Boeing e a USAF desenvolvem o projeto conjuntamente.
Os pulsos de laser criam jatos de plasma ao redor do lixo espacial, mudando sua rota e fazendo-o reentrar na atmosfera, onde se queima.[Imagem: E. Victor George]
