Mecânica

Motor de vento iônico pode impulsionar aviões

Motor de vento iônico pode impulsionar aviões
Os motores iônicos, como o da sonda GOCE são eficientes no espaço porque, fora da atmosfera, o empuxo necessário para empurrar as naves é mínimo. [Imagem: ESA]

Os motores iônicos já fazem sucesso no espaço, e deverão equipar a nave robótica que a NASA enviará para capturar um asteroide.

Agora, engenheiros estão querendo usar um tipo diferente de motor iônico - um motor de vento iônico - para impulsionar não espaçonaves, mas aeronaves.

Kento Masuyama e Steven Barrett, do MIT, afirmam ter uma demonstração cabal de que motores de vento iônico podem ser capazes de impulsionar alguns tipos de aviões, dispensando o querosene de aviação e usando um motor elétrico absolutamente silencioso.

Propulsão eletrohidrodinâmica

Quando uma corrente elétrica passa entre dois eletrodos - um mais grosso do que o outro - ela cria um vento no ar entre os dois. Se for aplicada uma tensão suficiente, o vento resultante pode produzir um impulso sem a ajuda de motores ou combustível.

Esse fenômeno, chamado de propulsão eletrohidrodinâmica - ou, mais informalmente, "vento iônico" - foi descoberto na década de 1960.

Desde então, o vento iônico tem feito muito sucesso em feiras de ciência, em "ionoveículos" e até em "ionoaviões", aeromodelos de balsa, papel alumínio e fios que decolam e voam razoavelmente bem.

Apesar do entusiasmo que causam no público amador, porém, as teorias indicam que usar motores de vento iônico para substituir turbinas de avião seria altamente ineficiente, exigindo quantidades enormes de energia para impulsionar uma aeronave comercial.

Masuyama e Barrett discordam: depois de realizar seus próprios experimentos e cálculos, eles concluíram que os motores a vento iônico podem ser muito mais eficientes do que a propulsão fornecida pelas turbinas a jato tradicionais.

Os experimentos mostraram que o vento iônico produz 110 newtons de força por kilowatt, comparados com 2 newtons por kilowatt de uma moderna turbina de avião.

Além da maior eficiência energética, os motores iônicos têm várias outras vantagens: eles são silenciosos, não poluem e não geram nenhum calor.

Motor de vento iônico pode impulsionar aviões
O impulso gerado pelo motor de vento iônico depende do espaço entre os eletrodos: quanto maior o espaço, maior a força produzida. [Imagem: Masuyama/Barrett/SIT/Protótipo: Wikipedia]

Eficiência

Mas nem tudo é um mar de rosas nessa tecnologia aparentemente revolucionária: a densidade de empuxo, ou seja, o empuxo produzido por área, é pequeno.

O impulso gerado pelo motor de vento iônico depende do espaço entre os eletrodos: quanto maior o espaço, maior a força produzida.

Assim, para impulsionar um avião comercial, os pesquisadores estimam que o espaço entre os eletrodos deveria ser tão grande quanto o próprio avião.

Por isso, a dupla propõe o uso dos motores de vento iônico para pequenos aviões e para aeronaves não tripuladas (VANTs).

"A eficiência é, provavelmente, a preocupação número um no design de aeronaves. Os propulsores iônicos são viáveis na medida em que forem eficientes. Há ainda algumas questões não respondidas, mas como eles parecem ser tão eficientes, definitivamente vale a pena investigar mais," disse Barret.

É o que a dupla pretende fazer a seguir, dimensionando os motores necessários segundo o peso e a dimensão das aeronaves.

Motor de vento iônico

Um propulsor iônico básico é constituído por três partes: um eletrodo de cobre muito fino, chamado emissor, um tubo mais grosso de alumínio, chamado coletor, e o intervalo de ar entre os dois.

Quando uma diferença de potencial é aplicada entre o eletrodo e o tubo, o gradiente de campo arranca elétrons das moléculas de ar no interior do tubo.

Essas moléculas ionizadas são fortemente repelidas pelo fio emissor, e fortemente atraídas para o coletor.

Conforme esta nuvem de íons se movimenta em direção ao coletor, ela colide com as moléculas neutras de ar ao redor, empurrando-as e criando um vento, o empuxo do motor de vento iônico.

Bibliografia:

On the performance of electrohydrodynamic propulsion
Kento Masuyama, Steven R. H. Barrett
Proceedings of the Royal Society A
Vol.: 469 no. 2154 20120623
DOI: 10.1098/rspa.2012.0623




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