Uma preocupação crescente em nossos dias é com as fontes de energia, principalmente as não renováveis e as que causem problemas de poluição do meio ambiente. Se bem que boas alternativas tenham aparecido na geração de energia em grande quantidade, existem soluções interessantes que devem ser observadas para a produção de energia em pequenas quantidades. É justamente de uma delas que tratamos nesse artigo: as termopilhas.
Pilhas comuns e outras fontes que se baseiam em reações químicas possuem um inconveniente cuja importância cresce dia a dia: envolvem substâncias tóxicas que eventualmente podem ser lançadas no meio ambiente ou ainda resultarem em resíduos difíceis de descartar.
No entanto, as pilhas comuns e recarregáveis consistem na grande maioria das fontes atualmente usadas na alimentação de pequenos aparelhos, principalmente os de uso portátil.
Para essas aplicações entretanto, algumas formas de fontes de energia começam a ser analisadas com muito cuidado, não pela quantidade de energia que geram que é muito pequena, mas sim pelas vantagens que trazem em termos de agressão ao meio ambiente, autonomia, etc.
Uma fonte interessante que tem sido usada em algumas aplicações simples é o gerador manual que opera com a força mecânica do usuário. Um exemplo que já aparece em muitas lojas é a lanterna de LEDs que tem um gerador embutido que produz energia elétrica quando apertamos um gatilho repetidas vezes, conforme mostra a figura 1.
O consumo elevado dos LEDs, entretanto, faz com que precisemos ficar constantemente pressionando o gatilho para que ele se mantenha aceso. No entanto, existem versões para alimentar baixo consumo onde um supercapacitor é carregado, alimentando assim por muito tempo o aplicativo, mesmo depois que deixemos de atuar sobre o gatilho ou manivela.
A Freeplay (www.freeplay.com), por exemplo, é uma empresa que fabrica rádios, lanternas e outros aplicativos alimentados por fontes alternativas de energia como solar, pilhas recarregáveis e energia mecânica.
Termopilhas
Um outro tipo de fonte alternativa de energia, menos poderosa e mais problemática, é a que aproveita o calor, quer seja ele gerado por um processo de combustão, concentrado com uma lente ou espelho a partir do sol, ou mesmo gerado pelo próprio corpo humano.
Esse tipo de gerador, denominado termoelétrico, não encontra muitas aplicações práticas pelo seu baixo rendimento. Quantidades muito pequenas de energia são obtidas a partir de dispositivos relativamente caros.
Ocorre, entretanto, que uma das características da eletrônica moderna é justamente desenvolver circuitos eletrônicos cujo consumo seja cada vez menor. Assim, temos microcontroladores e mesmo microcircuitos transmissores de rádio que não operam com potências de miliwatts (o que era típico há alguns atrás), mas que se enquadram na faixa dos microwatts e mesmo nanowatts.
Para esses dispositivos, uma quantidade mínima de energia, como a obtida do próprio corpo humano através de um transdutor apropriado é suficiente para colocá-los em funcionamento e é isso que já está ocorrendo em algumas aplicações práticas interessantes.
Uma termopilha aproveita o Efeito Seebeck mostrado na figura 2.
Quando dois metais formam uma função e entre eles existe uma diferença de temperatura, aparece entre esses materiais uma diferença de potencial que pode produzir uma corrente num circuito externo, transferindo a energia resultante do processo, para uma carga externa.
Veja que esse efeito é o inverso do Efeito Peltier, onde uma corrente elétrica que circule pela junção de dois metais faz com que seja produzida uma diferença de temperatura entre eles, conforme mostra a figura 3.
Em suma pelo efeito Seebeck geramos energia elétrica a partir do calor e pelo efeito Peltier, geramos frio ou calor a partir da energia elétrica.
A quantidade de energia elétrica gerada por um dispositivo Seebeck é muito pequena, da ordem de milésimos de watt, no entanto, para uma aplicação de baixo consumo ela é mais do que suficiente.
Equipamento EEG Alimentado por Termopilha
Na Bélgica, o IMEC, um centro independente de pesquisa em nanoeletrônica e nanotecnologia, desenvolveu um aparelho de Eletro-Encefalograma de dois canais, sem fio, alimentado por um gerador termoelétrico.
O gerador aproveita o calor dissipado naturalmente pela cabeça do paciente para alimentar um equipamento completo de eletro-encefalógrafo sem fio que exige apenas 0,8 mW de potência.
O aparelho monitora a atividade cerebral dos dois lados do cérebro, enviando sinais sem fio a um PC através de um link de 2,4 GHz. A leitura dos biopotenciais é feita por um ASIC de ultra-baixa potência. Na figura 4 temos o aspecto do equipamento desenvolvido pelo IMEC.
O equipamento converte o fluxo de calor da cabeça para o meio ambiente em eletricidade usando 10 unidades termoelétricas. Na temperatura ambiente é gerada uma potência entre 2 e 2,5 mW o que corresponde a 0,03 mW/cm2 que é o limite teórico para o caso da pele humana.
Se mais energia for gerada, ela será conseguida pela extração de calor do corpo, como ocorre quando o nosso corpo molhado seca ao ar livre, causando assim uma incômoda sensação de frio.
IMEC
O IMEC (www.imec.be) é um centro independente de pesquisa em nanotecnologia e nanoeletrôinica na Bélgica (Flandres) tendo por finalidade preencher o vazio que existe entre as universidades e o desenvolvimento de tecnologias aplicáveis à indústria.
