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

Helicóptero adaptado para funcionar com energia termoambiente

Última atualização em 15/07/2019

Helicóptero elétrico movido a calor ambiente
A tecnologia termoambiente propiciará a fabricação de helicópteros movidos a energia elétrica e com autonomia infinitamente maior que a atual. Os novos helicópteros, militares ou civis, serão impulsionados por motores elétricos alimentados com energia extraída do ar atmosférico. As pás (hélices) serão adaptadas para extrair energia térmica do ar enquanto elas giram. Uma tubulação, com fluido térmico, transportará o calor procedente das pás até o Gerador Termoambiente instalado na parte inferior do helicóptero. O gerador, por sua vez, fará a conversão da energia termoambiente em energia elétrica mantendo o motor em pleno funcionamento.

Para que esses novos helicópteros consigam voar sem restrição de autonomia, é necessário que a temperatura ambiente, em torno do helicóptero, esteja acima de 0°C. Se estiver muito abaixo, será necessário suplementar com energia química (gasolina ou querosene). Neste caso, a autonomia do helicóptero dependerá da combinação da temperatura ambiente e do tanque de combustível. Em altitudes onde a temperatura do ar for superior a 0°C, o calor ambiente será suficiente para abastecer o helicóptero sem a necessidade de combustível.

Vamos tomar como exemplo o helicóptero de pequeno porte, da figura 1, para facilitar a compreensão desta nova tecnologia. Para torná-lo elétrico, e termoambiente, o helicóptero terá que passar pelas seguintes adaptações:

  1. As pás (hélices) tradicionais serão substituídas por novas pás capazes de extrair calor do ar que elas impulsionam para baixo (veja figura 3 ao lado).
    Essas novas pás serão mais espessas e conterão, em seu interior, dutos capilares por onde circulará o fluido térmico que transportará o calor até o Gerador Termoambiente. Além dos dutos capilares, para extração e transporte do calor, as novas pás também receberão pequenas aletas em sua superfície inferior para melhor captação do calor ambiente (veja fig. 2 e 3).

  2. O motor tradicional será substituído por um motor elétrico de potência similar.

  3. O Gerador Termoambiente será instalado na base do helicóptero e interconectado, às pás, através dos dutos condutores do fluido térmico. É o fluido térmico que conduzirá o calor, extraído pelas pás, até o gerador, de forma contínua e ininterrupta.

  4. Na tubulação do fluido térmico, entre as pás e o gerador, será colocado um aquecedor a combustível. Ele será acionado automaticamente todas as vezes em que a temperatura do fluido estiver abaixo de 0°C. Seu objetivo é complementar a energia térmica, que entra no gerador, sempre que a temperatura ambiente for insuficiente para prover a totalidade de energia que o helicóptero necessita.


O helicóptero de exemplo, é um modelo de 165 HP (121 kW) e, considerando a rotação e dimensões das suas pás, ele impulsiona 21,8 m3/s de ar atmosférico durante seu voo. Sabendo-se qual é o volume de ar, que passa pelas pás a cada segundo (21,8 m3/s), é possível calcular quantos graus Celsius as pás precisam retirar, desse ar, para obtenção dos 121 kW consumidos pelo helicóptero. Vamos utilizar a equação básica da Calorimetria para calcular esse valor e verificar a aplicabilidade prática dessa nova tecnologia.


Onde:
m=
massa do ar que passa pelas pás em g/s;
ρatm=
massa específica do ar atmosférico = 1,225 g/m3;
Var=
volume de ar que passa pelas pás = 21,8 m3/s;
Q=
quantidade de calor em calorias;
c=
calor específico do ar atmosférico = 0,24 cal/g.°C;
ΔT=
variação de temperatura em graus Celsius.


Sabendo que 1 W = 0,23884 cal/s, então: 121 kW = 121.000 x 0,23884 = 28.899,64 calorias. Logo, para fins do nosso cálculo, Q = 28.899,64 cal.

A massa de ar m que passa pelas pás, a cada segundo, é calculada multiplicando o seu volume, em metros cúbicos, pela massa específica do ar em gramas por metro cúbico. Logo: m = ρatm x V = 1,225 x 21,8 = 26,705 g.

Adequando a equação básica da Calorimetria em função de ΔT, e efetuando o cálculo, temos:


Conforme demonstrado, ao retirarmos energia térmica equivalente a 4,5°C, do ar impulsionado pelas pás do helicóptero, obtemos energia suficiente para suprirmos os 121 kW (165 HP) consumidos pela aeronave deste exemplo. Isso torna essa aeronave autossuficiente em regiões de clima tropical. Nas regiões frias, onde não for possível extrair 4,5°C do ar ambiente, o helicóptero funcionará com a complementação de energia térmica procedente do combustível.

Conheça a página de apresentação do Projeto de Energia termoambiente.

Autor: Valvim M Dutra

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