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Projeto de Energia Termoambiente - Geração de energia elétrica a partir do calor ambiente

Como funciona o gerador elétrico termoambiente - parte 2

Última atualização em 19/09/2016

Conforme explicado na parte 1, deste artigo, o segredo do Gerador Elétrico Termoambiente está no alto rendimento dos módulos termoelétricos tipo MTAR (Módulos Termoelétrico de Alto Rendimento) que são o coração do Gerador. Os módulos MTAR possuem rendimento de 80% podendo chegar a 90%.

gerador termoelétrico - TEG Os módulos termoelétricos convencionais, tipo TEGs, fabricados com semicondutores, possuem rendimento médio de apenas 5%. Ou seja, para cada 100 Wats de potência térmica, que entra no módulo termoelétrico convencional, apenas 5 Watts são transformados em energia elétrica. Os 95 Watts restantes são descartados na atmosfera. Por isso, os módulos convencionais não servem para o gerador de eletricidade termoambiente.

Para tornar possível a geração de eletricidade a partir do calor ambiente, são necessários módulos termoelétricos com rendimento superior a 61,8%. E, isso, o módulo MTAR consegue fazer. A estrutura interna do MTAR é um segredo tecnológico que eu só poderei publicá-lo depois que o equipamento estiver devidamente patenteado. Existe, porém, uma característica que eu vou compartilhar com vocês porque ela é de interesse geral e pode ser útil em várias frentes da Ciência.

Você deve ter aprendido na escola que o calor se propaga de três maneiras distintas: por condução, por convecção e por radiação. No caso da condução, ela é considerada classicamente como um processo eletromecânico. As vibrações mecânicas dos átomos (fônons) e os choques entre elétrons livres, seriam os portadores do calor nos sólidos e nos metais. Nos metais, em especial, minhas pesquisas indicam que o processo de propagação do calor não ocorre da forma como normalmente é ensinado nas escolas.

Na teoria que eu formulei, e que utilizei no projeto do MTAR, eu afirmo que o calor se propaga no interior dos metais majoritariamente por radiação eletromagnética interna, e não por processos eletromecânicos. Essa visão é um diferencial importante para construção de módulos termoelétricos de alta eficiência energética. Quando conhecemos a forma exata, de como o calor se propaga nos metais, fica mais fácil construir mecanismos que reduzam a condutividade térmica, dos pares termoelétricos, que compõem esses módulos. A redução da condutividade térmica garante elevado coeficiente de mérito ZT e alta eficiência energética. (O coeficiente de mérito ZT, ou "figura de mérito", é uma das escalas da eficiência termoelétrica).

Minha teoria sobre propagação do calor nos metais, por radiação eletromagnética interna, baseia-se nas compreensões, pessoais, que cito abaixo de forma resumida:

  1. Na temperatura zero absoluto (0 Kelvin), todos os elétrons estão em órbitas perfeitamente circulares com velocidade angular e linear absolutamente constantes.
    Se alguma influência externa perturbar a órbita dos elétrons, de modo que elas deixem de ser perfeitamente circulares, tornando-se elípticas, esse átomo, então, ganhou o que chamamos de energia térmica. Quanto maior for a elipticidade das órbitas, maior será a temperatura desse átomo e de seus elétrons. (Temperatura é a medida do grau de agitação dos átomos.)

  2. Quando a órbita de um elétron assume uma forma elíptica, sua velocidade linear deixa de ser constante tornando-se obrigatoriamente variável. Nesse caso, o elétron assume um movimento acelerado/desacelerado em sua órbita. O elétron acelera positivamente quando está trafegando na parte elíptica, mais próxima do núcleo. E, desacelera, quando está trafegando na parte elíptica que se afasta do núcleo.

  3. Elétrons acelerando ou desacelerando, irradiam sua energia cinética sob a forma eletromagnética, nesse caso, na faixa infravermelha. Enquanto os elétrons estavam numa órbita circular, com velocidade linear constante, nenhuma radiação ocorria porque a radiação é consequência da aceleração/desaceleração de cargas elétricas.

    Radiação térmica do elétron

  4. O elétron é uma carga elétrica que tanto pode emitir radiação como pode absorver radiação, e tem sua órbita alterada na proporção da radiação absorvida. O ângulo de incidência da radiação absorvida, determina se o elétron vai acelerar sua órbita, se vai desacelerar ou se vai mudar de direção.

  5. Se considerarmos que o átomo, em questão, não está isolado no espaço, e que faz parte de um sólido metálico, então os átomos vizinhos serão os primeiros a absorverem a energia irradiada e, consequentemente, terem as órbitas de seus elétrons também alteradas (em elipse). Uma vez alteradas, esses elétrons passarão de receptores para retransmissores dessas ondas eletromagnéticas. E, assim, continuarão a retransmitir essa energia térmica mesmo depois que o sistema atingir o equilíbrio energético.

  6. Tomando como exemplo uma pequena barra de cobre, na qual uma das extremidades é aquecida, enquanto a outra é mantida fria, a radiação eletromagnética, emitida pelos elétrons situados na extremidade quente, se propagará em direção à extremidade fria com muito mais energia do que no sentido contrário. A diferença de intensidade, do sentido quente para o frio, e no sentido frio para o quente, continuará até que os dois extremos alcancem o equilíbrio térmico.

  7. Embora pareça estranho, o tempo excessivamente longo, com que as ondas eletromagnéticas levam para alcançar o lado frio, é consequente dos bilhares de átomos existentes no caminho. Os átomos do caminho refletem e retransmitem as ondas em todas as direções, inclusive de volta ao lado quente da barra de cobre. O processo de propagação interna é similar ao movimento de um fóton trafegando no interior do sol, o qual leva milhares de anos até chegar à superfície.

Portanto, considerando-se que a propagação do calor nos metais não é um processo majoritariamente mecânico, e nem elétrico, a metodologia para reduzir o fluxo de calor indesejado, nos pares termoelétricos, e alcançar alto rendimento energético requer uma conceituação diferente das utilizadas classicamente nos módulos convencionais. Essa é, na verdade, uma das estratégias que eu estou utilizando no MTAR, que equipa o Gerador de Eletricidade Termoambiente.

Se você ainda não leu, leia o artigo: Energia Termoambiente a energia do futuro e o artigo: Informações fundamentais sobre termoeletricidade para sanar toda e qualquer dúvida que por ventura você ainda tenha, sobre o projeto.

Veja também:
Gerador Elétrico Termoambiente - parte 1.

Gerador Elétrico Termoambiente - parte 3.
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Autor: Valvim Dutra

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