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Projeto de Energia Termoambiente - Conversão de calor ambiente em energia elétrica

Navios elétricos movidos a energia termoambiente

Atualizado em 15/07/2019

Nesta página você conhecerá outra aplicação do "Gerador Termoambiente" que está sendo desenvolvido por um pesquisador brasileiro.

Futuros navios elétricos

Em breve, navios e submarinos poderão extrair energia do próprio mar para mover seus propulsores. A geração de energia elétrica a partir do calor ambiente, dos mares e rios, vai eliminar a necessidade de combustíveis fósseis e melhorar o desempenho das embarcações marítimas.

Os navios cargueiros, como o dinamarquês Emma Maersk, por exemplo, poderiam desfrutar desta nova tecnologia e nunca mais precisariam de combustível para se movimentar. A energia termoambiente, armazenada nos mares, é suficiente para movimentar toda a frota de navios do mundo. Tenha em mente que a energia retirada do mar, retornará ao mar através do natural atrito do hélice com a água. Em todas as situações, nenhuma energia será perdida.

Gerador Termoambiente Marítimo
O Gerador Termoambiente, para uso marítimo, está projetado no formato de placas com 1 metro de comprimento, 1 metro de largura e 20 centímetros de altura (1 x 1 x 0,2 metros). Cada placa marítima será capaz de gerar 10 KW de energia elétrica e poderá ser montada lada a lado ou empilhadas umas sobre as outras para melhor aproveitamento do espaço disponível.

O cargueiro dinamarquês Emma Maersk possui 397 metros de comprimento, 56 metros de largura, um motor com 80.000 kW de potência e navega a mais de 45 km/h. Para transformarmos esse cargueiro a diesel em um cargueiro elétrico, movido a energia termoambiente, teríamos que:

  1. substituir o motor a diesel, de 80.000 kW, por um ou por vários motores elétricos de potência equivalente.

  2. instalar as placas dos geradores termoambientes na parte inferior externa, do casco do navio, ocupando uma área de 40 metros de largura por 200 metros de comprimento. Essa área é suficiente para instalar 8.000 placas de 20 cm de altura e 10 kW cada uma, totalizando os 80.000 kW necessários para mover o navio à plena velocidade. Uma outra alternativa, é empilhar as placas formando um bloco de 27 metros de comprimento, 10 metros de largura e 6 metros de altura e colocando-o dentro do navio. Um bloco dessas dimensões conteria 8.100 placas de 10 kW totalizando 81.000 kW de energia elétrica. Nesta opção, seria necessário puxar uma tubulação do casco do navio para bombear a água para dentro do bloco. À medida que a energia térmica ia sendo extraída e convertida em eletricidade, a água seria devolvida ao mar através de uma segunda tubulação instalada no outro extremo do bloco.
    Navio elétrico com gerador termoambiente


  3. Por fim, teríamos que instalar os equipamentos eletrônicos e os controladores de potência, para gerenciar a energia gerada e controlar os motores elétricos.

Para retirarmo 80.000 kW de energia térmica, de uma lâmina de água de 40 metros de largura por 15 cm de altura, esta água teria que ceder apenas 0,25°C da sua temperatura original. Em qualquer dos casos, com o gerador na parte interna ou na parte externa do navio, a queda de temperatura da água será de apenas 0,25°C se o navio estiver a plena velocidade (45 km/h equivalente a 12,5 m/s).

Vamos à demostração:

Usaremos a equação de vazão mássica e a equação básica da Calorimetria para calcular a queda de temperatura necessária para obter 80.000 kW.

Onde:
m=
massa de água que percorre o gerador em gramas;
ρa=
massa específica da água = 1000 kg/m3
Va=
velocidade da água no casco do navio = 12,5 m/s;
Ag=
área de entrada de água no gerador, 40x0,15 = 6m2.
Q=
quantidade de calor em calorias, com 1 cal = 4,187 J;
c=
calor específico da água = 1 cal/g.°C;
ΔT=
diferença de temperatura em graus Celsius;


Como a unidade de potência utilizada, Watts, é dada em Joules por segundo (J/s), e a velocidade da água é dada em metros por segundo (m/s), os cálculos serão então efetuados considerando o intervalo de tempo de, 1 segundo, assim obteremos o resultado final, em graus Celsius.

Agora vamos transformar os 80.000 KW em calorias, para calcularmos o ΔT. Vamos usar a relação 1 cal = 4,187 J,
equacao_2.png

Calculando a massa que passa através do gerador a cada segundo, temos:
equacao_3.png

Calculando a diferença de temperatura em graus Celsius, temos:
equacao_4


Conforme demonstrado, se utilizássemos o Gerador Termoambiente, neste navio, bastaria retirar 0,25°C da água que passa a 15 cm do seu casco, para obtermos 80.000 kW de potência elétrica e tornarmos esse navio autossuficiente em termos de energia. No futuro, qualquer embarcação marítima poderá ser adaptada para tornar-se autossuficiente e ecologicamente correta.

Se você ainda não leu, leia a página de apresentação do Projeto de geração de energia termoambiente.

Referências externas:
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1- «Emma Maersk / Container vessel specifications»
2- «Wartsila Sulzer RTA96-C / Engine»
3- «World's Biggest Engine - Most Powerful Engine - Emma Maersks $170 Million Investment - World's Largest Ship»
4- «Emma Maersk - Wikipedia»


Autor: Valvim M Dutra

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