Calor do escapamento de carros e helicópteros vira eletricidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/02/2025

A equipe projetou e testou um sistema de recuperação de calor residual que se conecta ao cano de escapamento de um veículo e converte o calor do escapamento em eletricidade.
[Imagem: Rabeya Bosry Smriti et al. - 10.1021/acsami.4c18023]

Reciclagem do calor

Os motores a combustão - os motores dos veículos movidos a gasolina, diesel ou biocombustíveis - usam apenas um quarto da energia potencial do combustível líquido que consomem - todo o restante é perdido na forma de calor, a maior parte do qual sai pelo escapamento.

Sempre houve um esforço para tentar reciclar esse calor dos escapamentos, convertendo-o em eletricidade, mas as soluções demonstradas até agora ainda não cumprem os requisitos para chegar ao mercado.

Agora, Rabeya Smriti colegas da Universidade do Estado da Pensilvânia, nos EUA, desenvolveram um gerador termoelétrico compacto para converter em eletricidade - de forma eficiente - o calor residual dos gases de escape de uma ampla gama de veículos, incluindo carros, helicópteros e até veículos aéreos não tripulados.

Os sistemas de recuperação de calor, ou sistemas termoelétricos, usam materiais semicondutores para converter calor em eletricidade com base em uma diferença de temperatura. No entanto, a maioria dos protótipos consiste em dispositivos pesados e complexos, exigindo água de resfriamento adicional, que é usada para manter a diferença de temperatura necessária.

Smriti simplificou tudo usando um trocador de calor, baseado em um princípio parecido com os que dissipam calor nos aparelhos de ar-condicionado.

As ranhuras em leque na parte externa do cano são o lado frio do dissipador de calor, e os componentes triangulares dentro do cano são trocadores de calor de placas e aletas.
[Imagem: Rabeya Bosry Smriti et al. - 10.1021/acsami.4c18023]

Gerador termoelétrico

O novo gerador termoelétrico foi fabricado a partir do semicondutor telureto de bismuto e usa trocadores de calor para capturar o calor do cano de escapamento do veículo. Outra novidade é uma peça que regula a temperatura, um dissipador de calor. O dissipador de calor aumenta significativamente a diferença de temperatura, o que influencia diretamente a saída elétrica do sistema.

O protótipo atingiu uma potência de saída de 40 Watts, mais do que suficiente para alimentar os faróis e todo o sistema de iluminação de um carro. Os testes mostraram que o elevado fluxo de ar, como o encontrado nos tubos de exaustão, foi crucial para o aumento da eficiência obtida, aumentando assim a saída elétrica do sistema.

Em simulações imitando os veículos em alta velocidade, o sistema de reciclagem de calor residual produziu até 56 W para velocidades de exaustão semelhantes às de um carro e 146 W para velocidades de exaustão semelhantes às de um helicóptero - isso é equivalente a algo entre cinco e 12 baterias de íons de lítio 18650.

Os pesquisadores afirmam que seu sistema é prático e pode ser integrado diretamente nos canos de escapamento existentes sem a necessidade de sistemas de resfriamento adicionais.

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