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Temo-nos concentrado tanto em sistemas de armazenamento químico ultimamente, que alguns nos esquecemos de outras baterias mecânicas antigas, aparentemente mais eficientes.
Tal bateria é o volante de inércia. Várias experiências bem sucedidas foram realizadas nos últimos 50 anos, e as aplicações do volante de inércia variaram desde funcionar como uma UPS para um hospital até colocar um trem inteiro em movimento e depois cruzar a velocidade, apenas pela sua potência.
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Como funciona uma bateria mecânica? Você já reparou sua bicicleta, e enquanto ela estava sentada de cabeça para baixo, girou os pedais, então a roda chegou a uma rotação alta? Se o fez, você pode ter observado que ao tentar parar a roda, você exerce uma força sobre ela. O que é que isso significa? Há energia armazenada no movimento de rotação da roda, energia que se perde por atrito (e, possivelmente, por calor).
Os rapazes pensaram em usar essa energia de rotação de um volante e fazer com que ele fizesse algo útil. Esta é uma tecnologia antiga, no entanto, que foi escrita há séculos.
Então, os cientistas criaram tubos de aço, colocaram-nos em rolamentos magnéticos (a ligação do tubo ao estator era através de um campo magnético, para reduzir o atrito), e rodaram a coisa para até 50.000 rpm. Quando necessário, eles usaram essa força rotacional para fazer eletricidade (a maneira clássica), e diminuir sua velocidade, extraindo energia da mesma. Isto já não lhe levantou a sobrancelha? Bem, você pode pensar que o volante pára rapidamente, mas os números mostram que as capacidades energéticas típicas variam de 3 kWh a 133 kWh, com uma eficiência de armazenamento de até 90%.
Existiam autocarros experimentais construídos nos anos 50, chamados “gyrobuses”, e eram utilizados em Yverdon, na Suíça. Além disso, foram construídos protótipos de carros com base neste princípio. Novos materiais, como as fibras de carbono, tornam-nos mais utilizáveis e potentes. Na verdade, quanto mais forte for o material do volante, maior será a velocidade de rotação e a energia que ele pode armazenar. Essa é a única limitação séria e o perigo dos volantes de inércia. Ele pode quebrar em pedaços se girado muito rapidamente.
As baterias mecânicas também são resistentes ao tempo. Um pesquisador da ECE, Dr. Mark Flynn, da Universidade do Texas em Austin, projetou um sistema de volante que poderia durar 20 anos de uso contínuo.
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“O projeto de Flynn capta a energia de frenagem e a utiliza para o próximo guincho. Mais importante ainda, a adição de um sistema de armazenamento de energia do volante de inércia reduz os requisitos de potência de pico que poupa energia durante os períodos de inactividade. Testes de campo na China mostraram que quando os operadores usaram um grupo gerador apropriado para as necessidades de energia reduzida e adicionaram uma bateria mecânica, o consumo de combustível diminuiu em 38%, com reduções significativas nas emissões de NOx e PM.
O controlador de motor de volante de inércia do Flynn também está substituindo as baterias industriais usadas por centros de dados de missão crítica e hospitais. “As baterias industriais são menos caras inicialmente do que um volante de inércia, mas quando se tem em conta a manutenção e a necessidade de pagar por mais carga do que é necessário para evitar a substituição frequente da bateria, uma solução baseada em volante de inércia pode ser consideravelmente menos cara”, diz Flynn. “Um volante VYCON durará 20 anos e elimina o problema do que fazer com 200 baterias tóxicas de chumbo-ácido em larga escala”
Hospitais e centros de backup de dados não podem arcar com quedas de energia. Vidas e recuperação de desastres para as empresas dependem de um fluxo ininterrupto de energia. Uma falta de energia típica é muito curta e a maioria dos hospitais e centros de dados têm geradores a diesel de reserva, o que significa que o armazenamento de energia extra de uma bateria industrial nunca é totalmente utilizado. A maioria das interrupções está bem dentro da capacidade do volante, mas quando a interrupção persiste, o volante absorve as anomalias de energia prejudiciais e, em seguida, transfere graciosamente para o gerador – cumprindo os regulamentos de energia de emergência que estipulam geradores deve ser capaz de assumir a carga dentro de 10 segundos. As baterias mecânicas também têm uma maior tolerância para ciclagem rápida”
A economia de volantes de inércia nos dá uma alternativa às baterias químicas, e o impulso para continuar o desenvolvimento desta interessante tecnologia. Por exemplo, eu poderia usar uma de bolso para alimentar a bateria do meu laptop que acaba de terminar. A possibilidade de tornar estas coisas móveis, para uso em carros elétricos ou outras aplicações, foi testada, e descobriu-se que seria necessário tomar medidas especiais para não interferir com a estabilidade do carro em curvas. Vou escrever sobre isso num artigo futuro.