Turbinas a jato em miniatura poderão abastecer telefones celulares

Celeste Biever - NewScientist - 30/11/2004

Engenheiros deram mais um passo rumo à construção em larga escala de geradores miniaturizados acionados por turbinas a jato, tudo contido em uma única pastilha de silício. Esses micromotores poderão um dia fornecer energia para equipamentos eletrônicos portáteis.

Girando um minúsculo magneto acima de uma malha de bobinas intercaladas, construídas numa pastilha de silício, David Arnold e Mark Allen, do Instituto de Tecnologia da Geórgia, Estados Unidos, construíram o primeiro equipamento compatível com silício capaz de converter energia mecânica - produzida por uma microturbina rotativa - em quantidades úteis de energia elétrica.

A vantagem chave das microturbinas é que elas produzem pelo menos 10 vezes mais energia por volume de combustível do que as baterias de lítio convencionais, ocupam menos espaço e funcionam mais suavemente do que as tão faladas células a combustível.

"Turbinas a jato são componentes incríveis em termos de eficiência," explica Stuart Jacobson, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, que colaborou com Arnold e Allen.

"Pela primeira vez nós conseguimos quantidades macro de energia a partir de um dispositivo em micro-escala," afirmou Arnold. "Isto é crucial se as microturbinas quiserem ocupar seu espaço em produtos reais," adiciona Allen.

Até agora duas equipes separadas, chefiadas por Jacobson e Carlos Fernandez-Pello, da Universidade da Califórnia em Berkeley, Estados Unidos, têm se concentrado em buscar formas de converter a energia química armazenada no óleo diesel em energia mecânica que movimenta a turbina - a primeira parte do processo do micromotor.

Ambos já construíram protótipos de câmaras de combustão em silício capazes de queimar diesel a temperaturas muito altas sem se quebrar, e turbinas de silício em miniatura, utilizando técnicas de fabricação em escala experimental. Mas eles coletaram a energia elétrica produzida utilizando componentes comuns que não são parte do mesmo aparato de pastilhas de silício.

Agora, pela primeira vez, Arnold e Allen demonstraram que a geração de eletricidade a partir de turbinas giratórias pode realmente ser feita em uma pastilha compatível com silício.

Eles giraram um anel plano de metal - mais ou menos do tamanho de uma moeda de um centavo - feito de seções de 45° alternadas de pólos magnéticos sul e norte. Para os objetivos do experimento, a microturbina foi substituída por uma furadeira movida por ar comprimido, do tipo utilizada por dentistas.

À medida em que o magneto girava, a alternância rápida do seu campo magnético induzia uma corrente nas bobinas de metal depositadas sobre uma camada ferromagnética escavada abaixo. Ele produziu 1,1 watt de energia. Isto já é suficiente para abastecer um telefone celular ou um receptor de GPS, segundo Arnold, e está apenas no estágio experimental.

Alcançar essa potência exige 100.000 rotações por minuto, extremamente rápido comparado com motores de carro, que giram ao redor de 3.000 rpm. Os magnetos são quebradiços e tendem a ser atirados para fora pela força centrífuga gerada nessa altíssima velocidade. Arnold e Allen tiveram que otimizar a espessura e a largura do anel magnético antes de encapsulá-lo em uma camada de reforço feita de titânio.

Eles também tiveram que descobrir as melhores dimensões para as três bobinas interconectadas que ficam abaixo do magneto e produzem a corrente. Eles decidiram utilizar um conjunto de cerca de 100 micra de altura, reduzindo a resistência elétrica tanto quanto possível para garantir que o máximo de corrente seja drenado de cada rotação do magneto.

Embora o gerador magnético seja um "passo entusiasmante", o próximo desafio é integrar a fabricação da turbina, combustor e gerador de eletricidade em um único conjunto de pastilhas de silício, afirma Mike Waits, um engenheiro eletricista do Laboratório de Pesquisas da Marinha, que está financiando a pesquisa.

Arnold e Allen irão apresentar os avanços alcançados na Conferência Internacional sobre Sistemas Microeletromecânicos (MEMS), em Janeiro de 2005.

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