Mecânica

Motor e gerador alimentados pela evaporação da água

Motor e gerador funcionam com evaporação da água
O movimento de pistão é gerado pela série de fitas postas sobre um pequeno depósito de água. [Imagem: Xi Chen/Columbia University]

Energia da evaporação

Pesquisadores da Universidade de Colúmbia, nos Estados Unidos, demonstraram que é possível construir motores alimentados pela evaporação da água.

Eles construíram um motor rotativo que impulsiona um carrinho de brinquedo e um motor-gerador acionado por um pistão que gera eletricidade suficiente para acender um LED, ambos acionados pela umidade gerada pela evaporação de uma pequena quantidade de água.

A ideia de Xi Chen e seus colegas é que essa técnica possa ser escalonada para grandes dimensões, gerando "energia verde" a partir de grandes geradores flutuantes instalados no mar ou em represas.

"A evaporação é uma força fundamental da natureza. Ela está em todos os lugares, e é mais potente do que outras forças, como as do vento e das ondas," disse o professor Ozgur Sahin, coordenador da equipe.

Empurrado por esporos

Os equipamentos não funcionam diretamente da água se vaporizando na atmosfera, mas seguindo um mecanismo baseado no comportamento de esporos bacterianos, que incham e se encolhem em resposta a variações na umidade - foram usados esporos de Bacillus subtilis.

Para construir o motor flutuante a pistão, os esporos foram colados nos dois lados de uma fita plástica flexível, perfeitamente espaçados, mas de forma que os esporos de um lado da fita correspondam aos espaços vazios do outro lado.

Quando o ar seca os esporos, eles encolhem, curvando a fita onde estão fixados, fazendo-a ondular e encurtar. Se um dos dois lados da fita estiver ancorado, ela puxa o que estiver preso do outro lado. Inversamente, quando o ar fica úmido, os esporos incham, fazendo a fita se distender, liberando a força e gerando o movimento de pistão.

O resultado é um novo tipo de músculo artificial que é controlado alterando a umidade no seu entorno. Vários deles foram postos lado a lado no interior de um cilindro plástico e de um sistema fechado de persianas, no interior dos quais a evaporação varia a umidade do ar, movimentando os mecanismos.

Motor a evaporação

Motor e gerador funcionam com evaporação da água
As pequenas fitas curvam-se pelo movimento dos esporos (observe sua distensão na parte direita do mecanismo), movimentando o carro. [Imagem: Xi Chen/Columbia University]

O motor rotativo parece mais dinâmico e tem um projeto mais simples, sendo construído com pequenos pedaços de fita com esporos apenas na extremidade.

O invólucro é fechado de um lado e aberto do outro, de forma que as fitas com esporos fiquem, ora no ar seco, ora no ambiente úmido, o que faz com que o músculo artificial contraia em uma parte e se distenda na outra, gerando um mecanismo rotativo contínuo - a equipe batizou o motor de "moinho de umidade".

Posto sobre um carrinho em miniatura, o motor move o veículo em baixa velocidade, mas de forma praticamente contínua.

Para cima e avante

Nos experimentos, uma superfície de oito centímetros quadrados de água produziu uma média de 2 microwatts de energia, embora a equipe relate ter medido picos de até 60 microwatts.

Fazendo os cálculos, os pesquisadores estimam que uma versão com mais esporos e fitas com propriedades mais adequadas - eles usaram poliimida - poderá gerar mais energia por área do que uma fazenda eólica de aerogeradores.

Bibliografia:

Scaling up nanoscale water-driven energy conversion into evaporation-driven engines and generators
Xi Chen, Davis Goodnight, Zhenghan Gao, Ahmet H. Cavusoglu, Nina Sabharwal, Michael DeLay, Adam Driks, Ozgur Sahin
Nature Communications
Vol.: 6, Article number: 7346
DOI: 10.1038/ncomms8346




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