Mecânica

Máquina de pistão permitirá gerar eletricidade a partir de calor residual

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/03/2024

O novo sistema de controle de válvulas foi essencial para viabilizar a "máquina de pistão".
[Imagem: Empa]

Novo comando de válvulas

Apesar da atual onda de migração dos motores a combustão para motores elétricos, a tecnologia daqueles motores a combustíveis líquidos nunca parou de se desenvolver.

Uma das tecnologias mais recentes na área, atualmente em vias de adoção para os motores de caminhões, envolve um inovador sistema de controle de válvulas no qual os dispositivos de admissão e exaustão são acionados eletro-hidraulicamente, permitindo tornar a troca de gases (entrada de combustível e saída dos gases de escape) muito mais flexível do que com a tecnologia convencional de eixo de comando de válvulas. Em um motor a gasolina, o consumo de combustível pode ser reduzido em cerca de 20 por cento no modo de operação típico dos veículos comerciais.

Agora, engenheiros suíços estão adaptando esta tecnologia para motores multicombustível, criando algo mais genérico, que a equipe do Laboratório Federal Suíço de Ciência e Tecnologia de Materiais (EMPA) chama de "máquina a pistão".

Máquina de pistão

A ideia é aproveitar o calor residual de processos da indústria metalúrgica ou de cimento e outras áreas de forma mais eficiente com o auxílio dessa máquina de pistão do que com os métodos atuais, que funcionam com turbinas. Como o cilindro e o pistão formam um espaço fechado, a compressão e a expansão dos gases ocorrem de forma quase ideal, permitindo um rendimento energético extremamente elevado: E este processo só pode ser implementado graças ao inovador controle flexível das válvulas.

O calor residual é convertido em energia mecânica através dos pistões, que então é utilizada para girar um gerador e produzir eletricidade.

"As turbinas são particularmente eficazes a altas temperaturas e para necessidades de potência de várias centenas de megawatts, mas a nossa máquina de pistão é mais adequada para gamas de temperaturas de cerca de 500 a 900 graus, onde o calor residual é gerado irregularmente, e até a faixa de potência de vários megawatts," explicou o pesquisador Andyn Omanovic, que desenvolveu a nova máquina a pistão com seus colegas Patrik Soltic e Wolfgang Schneider.

Como a máquina de pistão é "multicombustível", a equipe já está de olho na utilização do calor residual das instalações de pirólise, que convertem biomassa em biocarvão para capturar carbono de modo permanente.

O subproduto desse processo é o chamado gás pobre, que contém metano e gases poluentes e deve ser incinerado, conforme exigido por lei. "Isso geralmente é feito com uma queima de gás sem qualquer utilização de energia," explicou Omanovic. "Usamos esse calor para gerar eletricidade com nossa máquina de pistão."

Protótipo do atuador de válvulas que viabilizou a reciclagem do calor por um sistema de pistões.
[Imagem: Empa]

Protótipos

Uma máquina-piloto já está sendo construída em parceria com a concessionária de energia suíça IWB, e deverá entrar em operação em 2025. Cerca de um ano depois, segundo os pesquisadores, uma pequena série de máquinas a pistão deverá ser entregue a uma empresa especializada em usinas de combustão de gases pobres de aterros sanitários e de processamento de biogás. As negociações já estão em andamento.

Essas instalações experimentais serão necessárias para lidar com detalhes técnicos ainda em aberto, como materiais resistentes à temperatura para compôr a máquina e a estratégia de controle para o processo termodinâmico.