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A caminho, a célula de combustível

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Pesquisador da Poli-USP trabalha na produção de baterias (para celular, notebook, veículos) mais baratas e sustentáveis

Pesquisa desenvolvida no Departamento de Engenharia Elétrica da Escola Politécnica (Poli-USP), com célula de combustível, abre novas frentes na criação de alternativas para substituir as pilhas e baterias usadas em celulares e computadores portáteis. De baixo custo e adotadas no mundo inteiro, essas fontes de energia têm metais pesados (lítio, enxofre e chumbo) em sua composição, e exigem descarte ambiental adequado após o fim da vida útil.

A meta do químico Adir José Moreira, do Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI), da Poli-USP, é desenvolver um modelo de bateria alimentada por célula de combustível para substituir as pilhas e baterias atuais. Em sua tese de doutorado, o cientista produziu pequenas partículas de platina medindo aproximadamente 50 nanômetros (50 bilhões de vezes menores que um metro).

Essas pequenas partículas foram distribuídas de modo homogêneo sobre um material de carbono formando a camada catalisadora que compõe a célula a combustível. O resultado foi eficiência energética 50% superior à das células comerciais, utilizando somente 25% de platina. A meta, agora, é diminuir mais o tamanho delas para tornar o sistema ainda mais eficiente, economizar material e reduzir custos do produto final.

Vantagens

A célula de combustível é um tipo de bateria já usada em geradores de energia e em instalações de grande porte, como hospitais. Além de maior capacidade de oferecer eletricidade, gera apenas água limpa como resíduo. Essa é outra vantagem do ponto de vista ambiental por dispensar tratamento antes de ser devolvida para o meio ambiente.

De modo resumido, o funcionamento da célula consiste na passagem de um combustível (hidrogênio) por uma membrana contendo catalisadores (geralmente platina e outro catalisador como carbono) e por ar ou oxigênio. As moléculas de hidrogênio passam pelo catalisador e são dissociadas (separadas) em prótons, que passam pela membrana e formam água e elétrons que geram calor (energia térmica), corrente elétrica (eletricidade) e água limpa (só não pode ser bebida, por não conter sais minerais).

O principal entrave para a adoção pela indústria da célula de combustível é o alto custo da platina no mercado mundial. Inspirado nesse desafio, o pesquisador empregou a nanotecnologia em sua tese de doutoramento. E conseguiu diminuir em 75% o uso da platina em alguns protótipos e, ainda, multiplicou por oito a eficiência energética no sistema.

A nanotecnologia é uma área recente da ciência, surgida de descobertas vindas das fronteiras dos ramos tradicionais do conhecimento – química, física, biologia, matemática. Nesse sentido, Moreira conseguiu reduzir o tamanho das partículas de platina e as “arredondou”, tornando-as mais esféricas, para distribuí-las pela parede da membrana catalisadora.

O trabalho científico comprovou a viabilidade e segurança da célula, com utilização inicial voltada para aplicação veicular. O entrave continua sendo o custo de fabricação (quatro vezes superior ao das pilhas convencionais). Mas o pesquisador acredita que, com a massificação do uso e adoção pela indústria, a inovação poderá ganhar terreno.

Como combustível, o hidrogênio é uma fonte abundante e renovável de energia, por representar 78% da composição da atmosfera. Porém, para ser usado na célula não pode conter impurezas e requer preparação especial. “Caso contrário ocorre diminuição da eficiência energética e pode reduzir a vida útil do dispositivo”, explica Moreira.

Empresas parceiras

Eletrotécnico de formação, Moreira pesquisou, durante sua trajetória profissional, a produção e a utilização de nanocápsulas para uso médico. Na Poli-USP, orientado pelo pesquisador Ronaldo Domingues Mansano, adotou o mesmo princípio com as nanopartículas de platina da célula de combustível.

Ele conta que os próximos passos da pesquisa, além de reduzir mais o tamanho das partículas, é miniaturizar componentes e desenvolver um protótipo de bateria alimentada por célula de combustível em miniatura com reservatório interno com “tanque” de hidrogênio gasoso. Ele crê que até o final de 2014 haverá empresas do gênero no mundo produzindo baterias baseadas nessa tecnologia.

Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 30/07/2013. (PDF)

Ainda dá tempo de ver a Febrace

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Hoje é a última chance para visitar a feira na Poli-USP; em exposição, 330 trabalhos científicos de alunos do ensino básico de todo o País

Hoje é o último dia para conferir, em tenda montada na capital, no estacionamento da Escola Politécnica (Poli) da USP, as invenções e novidades da 11ª Feira Brasileira de Ciências e Engenharia (Febrace), a maior do gênero da América Latina. O evento é organizado pelo Laboratório de Sistemas Integráveis (LSI-Poli), tem entrada franca e pode ser visitado até as 19 horas. Neste ano, apresenta 330 projetos de estudantes do ensino fundamental, médio e técnico de todo o País.

Segundo a professora Roseli de Deus Lopes, da Poli-USP, e coordenadora da Febrace, a proposta do encontro anual é favorecer o surgimento de novos talentos para a pesquisa brasileira, por meio de desenvolvimento de projetos criativos e inovadores.

“A ideia é fazer a iniciação científica dos alunos ainda no ensino médio, antes do ingresso deles no nível superior”. E mais, estimular os professores a orientá-los, aproximar escolas de universidades e criar interações entre todas estas comunidades”, resume Roseli.

Na Febrace, os projetos apresentados concorrem a prêmios. Os melhores colocados podem ser escolhidos para representar o Brasil na Feira Internacional de Ciências e Engenharia da Intel Feira (Intel Isef), que em 2013 será realizada de 12 a 17 de maio, em Fênix, nos Estados Unidos.

Etecs representadas

Dos 330 projetos em exposição, 29 são de alunos de 16 Escolas Técnicas Estaduais (Etecs). Os trabalhos concorrem em sete categorias científicas: Agrárias; Biológicas; Saúde; Exatas e da Terra; Humanas; Sociais Aplicadas e Engenharia.

Foram classificadas as seguintes Etecs: Barretos (Coronel Raphael Brandão); Dracena (Professora Carmelina Barbosa); Franca (Professor Carmelino Corrêa Júnior); Guaratinguetá (Professor Alfredo de Barros Santos); Limeira (Trajano Camargo); Monte Mor; São Bernardo do Campo (Lauro Gomes); Santo André (Júlio de Mesquita); Pirassununga (Tenente-Aviador Gustavo Klug); Ribeirão Pires; São Paulo (Carlos de Campos, Getúlio Vargas, Guaianases e Heliópolis); Suzano e Tatuí (Salles Gomes).

Os prêmios para os vencedores serão divulgados amanhã. Incluem troféus e medalhas para os destaques de cada categoria, equipamentos, bolsas de estudo, estágios e certificados de organizações em várias áreas.

Via de mão dupla

Vem da Etec de Pirassununga o projeto Conexão empresa-aluno para o mercado de trabalho. Orientado pela professora Joseli Benine e desenvolvido em um ano pelos alunos Willian Lopes e Leonardo Batista, do curso de Informática, é um sistema de internet de concepção simples, que conseguiu, porém, repercussão em nível municipal.

O sistema aproxima alunos da Etec de empresas da região (Pirassununga, Leme e Porto Ferreira) que estão em busca de estagiários. Dos 1,2 mil estudantes matriculados na escola, 200 estão cadastrados e o banco de dados já contabiliza 79 firmas registradas. Todo o processo é acompanhado pelos orientadores de cada curso, que selecionam e indicam alunos de acordo com o perfil de cada vaga em aberto. A última etapa consiste em acompanhar o desempenho de cada um na função extraescolar.

Foco na sustentabilidade

Para diminuir custos na construção civil e preservar rios e matas de Ribeirão Pires, as alunas Caroline Ribeiro e Danyela Carvalho, do curso técnico de Química, propuseram reaproveitar o entulho para obter argamassa de qualidade, de acordo com as normas técnicas estabelecidas pela legislação.

No trabalho de conclusão de curso, foram orientadas pelo professor Carlos Barreiro. Elas descobriram, por meio de pesquisas, que um dos principais problemas de Ribeirão Pires era o descarte irregular de restos de reformas e construções no meio ambiente. Assim, ao longo de um ano e meio, estudaram uma forma de reaproveitar esse material para substituir a areia e a argila usadas na argamassa.

Caroline conta que o produto tem viabilidade comercial – custa R$ 3,60 o pacote com 20 quilos. Antes disso, porém, o entulho é coletado, tratado, triturado e passa por diversos processos até chegar à granulometria desejada. Um dos desafios, conta a estudante, foi remover o mau cheiro do material, que muitas vezes chega misturado com animais em decomposição. Orgulhosa, diz ser possível evitar prejuízos ao meio ambiente e economizar na construção.

Aprendendo a economizar

Até o final do primeiro semestre, os celulares com sistema operacional Android ganharão um aplicativo gratuito para controle de despesas pessoais. Em fase de ajustes finais, como a adaptação para telas de maiores dimensões, o Finance Facility é uma criação da dupla Pedro Freitas e Sandor Motta, ex-alunos do curso técnico de Ciência da Computação da Etec Heliópolis, da capital, sob orientação do professor Marcos de Souza.

Empenhada nos estudos, a dupla conseguiu ser aprovada no final do ano no curso de Sistemas de Informação da Fatec de São Paulo. Contam que a principal proposta do app é ajudar o cidadão a evitar que o salário acabe antes que o mês. “Sistema permite registrar pequenos gastos, como se fosse uma planilha. Para o futuro, uma das ideias é integrá-lo ao sistema de transações bancárias, para ter o saldo das despesas em tempo real”, revela Pedro.

Alerta na aldeia

As paraenses Scarleth Silva, Natália Meira e Kalyne Brito, do Colégio Pitágoras, estudaram, sob supervisão da professora Marina Fabbris, as mudanças nos hábitos alimentares da tribo dos Xikrin do Catete, localizada em reserva indígena na região de Parauapebas (PA).

Moradoras de Carajás (PA), do núcleo urbano da Companhia Vale do Rio Doce, viajaram 400 quilômetros para conhecer em um final de semana a realidade dos índios. Por meio de entrevistas de campo, descobriram mudanças no padrão alimentar, em substituição às tradicionais caça e pesca. Constataram que alimentos industrializados de baixo valor nutricional foram incorporados à dieta, como refrigerantes, biscoitos e bebidas alcoólicas. Consequência: aumento na incidência de doenças típicas de populações urbanas, ou seja, diabetes, hipertensão e obesidade.

As estudantes consideram que a experiência foi de grande importância para divulgar o problema para a sociedade brasileira. Para elas, participar da Febrace foi uma oportunidade única para vir a São Paulo pela primeira vez, conhecer a USP e trocar experiências com estudantes de outras regiões brasileiras.

Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 14/03/2013. (PDF)

Um achado em estruturas infláveis

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Pesquisa conjunta da USP com universidade da Espanha leva a um produto inovador; ainda em protótipo, deve estar concluído até o fim do ano

Com apoio técnico do Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica da Escola Politécnica da USP, um projeto da Universidade Politécnica da Catalunha (UPC) promete inovar na construção de estruturas infláveis de montagem rápida. A expectativa é lançar até o final do ano protótipo do novo modelo de cobertura. Os pesquisadores afirmam haver interesse de empresas e de grupos militares em adquirir produtos futuros baseados na tecnologia.

A estrutura pneumática é fina, tem espessura entre 1 e 2 milímetros, portátil, de baixo peso e custo e pode ser montada e desmontada abrigar, com segurança, aviões, barcos, caminhões e qualquer bem que precise ficar protegido da chuva, vento, raios solares e intempéries.

Tem aplicações também na defesa civil. Pode ser usada na montagem de pontes, alojamentos e hospitais de emergência, em calamidades com feridos e desabrigados, como enchentes e deslizamentos. Outras opções são cobrir áreas em shows e eventos esportivos e musicais, obras e construções e em silos provisórios para armazenamento de grãos.

Estruturas independentes

O professor Paulo Pimenta, líder do projeto na Poli, explica que a inovação da pesquisa não está no material da lona, feita com fibra sintética resistente (kevlar ou vidro) e revestida com politetrafluoretileno (PTFE), um produto já usado na indústria. A principal tecnologia desenvolvida é a capacidade de o material resistir a qualquer fenômeno natural. Se ainda assim houver furos, o ar escapará em pequena quantidade e a estrutura se manterá funcional e segura.

Uma das explicações é o fato de cada estrutura ser dividida em diversos gomos ou arcos independentes ou justapostos. Pode incluir janelas, “paredes”, recortes e vãos de até 60 metros e permitindo projetos com design diversificado, de acordo com a necessidade. “A fixação da cobertura no solo pode ser feita com estacas ou pesos de areia, cimento e qualquer material”, observa o pesquisador.

Segundo ele, a participação do Departamento de Engenharia de Estruturas e Geotécnica no projeto teve início em 2011 e não exigiu financiamento adicional da USP. Envolveu cálculos nos projetos das estruturas infláveis, avaliação de impactos do vento nas estruturas e adaptação dos materiais, pesquisas para “costurar” ou “colar” e em especial adaptar as coberturas às condições ambientais e climáticas brasileiras, principalmente com relação à temperatura e umidade. O objetivo é evitar a proliferação de fungos nas estruturas, que, embora não as afetem, mudam a sua aparência.

Uso diversificado

Para o professor Pimenta, o uso potencial e comercial destas estruturas é extenso e a próxima etapa do projeto será construir os protótipos no Brasil. A aposta é vender no mercado brasileiro e internacional kits de lona e ventiladores. Muitos aeroportos brasileiros não dispõem de hangares para guardar e fazer manutenção em aviões e helicópteros – e é possível a aeronave carregá-la consigo, além dos pequenos ventiladores.

Como se fosse uma barraca de camping, o material dobrado não ocupa mais de um metro cúbico de volume. Depois de cheio, tem válvula de fechamento do tipo das utilizadas em brinquedos infantis (piscinas, por exemplo). Já foram feitos testes com protótipos capazes de abrigar aeronaves de 15, 20, 26, 32 e 38 metros. Uma lona com 50 metros quadrados de área pesa em média 600 quilos e é capaz de armazenar um avião de pequeno porte. Mas é também possível produzir uma estrutura capaz de cobrir um estádio inteiro ou, ainda, apenas o gramado.

A lona pode ser confeccionada em qualquer cor, o que favorece a camuflagem em usos militares, ou em diversas tonalidades, se for para evento promocional ou show. Entretanto, a opção mais comum é adotar a tonalidade branca, por ser mais eficiente na reflexão da luz solar.

Se for protegido contra umidade e usado do modo recomendado (depois da utilização precisa estar totalmente seco antes de ser empacotado) pode ter vida útil de até 20 anos. Sem similar no mercado mundial, o preço do produto ainda não foi estimado.

Rogério Mascia Silveira
Da Agência Imprensa Oficial

Reportagem publicada originalmente na página II do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 26/02/2013. (PDF)