Uma forma original de produzir electricidade!

A revista Smart Materials and Structures apresenta em Abril um artigo sobre uma forma original de “produzir” electricidade. O mecanismo utilizado baseia-se na instabilidade aerodinâmica, ou seja a instabilidade provocada em edifícios, pontes e até postes de alta tensão e antenas quando são sujeitas à acção do vento (conjugado ou não com outros elementos meteorológicos).

A acção da instabilidade aerodinâmica pode provocar danos graves e dispendiosos a uma estrutura. O caso mais estremo conhecido é o da ponte Tacoma Narrows nos Estados Unidos, também conhecida como Galloping Gertie. A ponte, inaugurada em 1940, “balouçava” ao sabor do vento e acabou por cair 4 meses depois de ter sido inaugurada.

Hyung-Jo Jung e Seung-Woo Lee, investigadores da Korea Advanced Institute of Science and Technology e autores do artigo, estudaram os efeitos do galope de esteira, um fenómeno de instabilidade aerodinâmica que ocorre quando dois cilindros são colocados em sequência, paralelos à direcção do vento. Esta situação é muito comum em pontes suspensas (como por exemplo a Ponte 25 de Abril) e em postes de alta tensão.

Quando o vento passa pelo primeiro cilindro cria uma turbulência atrás de si, uma espécie de remoinho de ar. Este remoinho provoca uma baixa pressão sobre o segundo cilindro, fazendo-o subir. No entanto o peso do segundo cilindro acaba por contrariar a acção da variação da pressão e o cilindro desce. Este ciclo de subir-descer do segundo cilindro toma o nome de “galope de esteira” e repete-se a um ritmo (frequência) constante.

A figura seguinte apresenta um esquema do fenómeno “galope de esteira”. Cada círculo representa um cilindro.

Para cilindros com o mesmo diâmetro o fenómeno de “galope de esteira” é mais prenunciado quando a distância entre os dois cilindros é entre 4 e 6 diâmetros, deixando de existir para uma distância superior a 7 diâmetros. Por exemplo, para dois cabos (cilindros) com um diâmetro de 2,0 cm o fenómeno de “galope de esteira” é mais prenunciado quando a distância entre os dois cilindros é entre 8 e 10 cm, deixando de existir para uma distância superior a 14 cm.

O que torna o fenómeno de “galope de esteira” o melhor candidato para a produção de energia eléctrica é o facto de acontecer apenas a partir de uma velocidade facilmente determinada, chamada “velocidade de disparo” e a amplitude do movimento do cabo aumentar de forma constante, não parecendo exceder 3 diâmetros. Ou seja a amplitude do movimento vertical de um cilindro com um diâmetro de 2,0 cm não excede os 6 cm.

Para Jung e Lee estes dois factores permitem construir um pequeno mecanismo fiável de produção de energia eléctrica, baseado na Lei de indução de magnética de Faraday. O cilindro com um movimento vertical é ligado um íman, que se move, solidário com o cilindro, no interior de uma bobina (um enrolamento de fio de cobre). O movimento do íman no interior da bobina gera corrente eléctrica na bobina.

A figura seguinte apresenta um esquema simplificado do sistema proposto por Jung e Lee. O cilindro que “sofre” o movimento é chamado cilindro gerador (Crédito: New Scientist.

O sistema proposto por Jung e Lee funciona para ventos com velocidades entre 2,5 m/s e 4,5 m/s, classificados como aragem ou pequena brisa na escala (de ventos) de Beauford. Este sistema gera uma potência eléctrica entre 50 e 370 mW, que não é (nem de longe) suficiente para acender uma lâmpada. Mas permite manter um pequeno sensor, como os que são utilizados para verificar a estabilidade de pontes e de outras estruturas.

A figura seguinte apresenta o modelo construído por Jung e Lee. O modelo é constituído por duas hastes (cilindros) de perspex com 85 cm de comprimento e 5 cm de diâmetro. A haste que se move verticalmente (cilindro gerador) está ligada a um íman, que se pode mover verticalmente dentro de uma bobina.

Jung e Lee consideram que a associação de vários destes pequenos geradores poderá permitir manter o sistema de luz de presença de uma ponte.



Notas:

(1) O artigo de Jung e Lee pode ser encontrado aqui.

(2) Jung e Lee consideram que é possível aumentar a potência eléctrica gerada pelo “galope de esteira”, nomeadamente aumentando o número de espiras da bobina.

(3) No “galope de esteira” a amplitude do movimento do segundo cilindro depende das propriedades estruturais do material utilizado (incluindo o diâmetro), da direcção do vento em relação aos dois cilindros e finalmente da sua velocidade.