A busca por novos materiais e o desenvolvimento tecnológico de produtos cada vez mais resistentes aqueceu a pesquisa envolvendo materiais compósitos.

• Materiais compósitos são aqueles compostos pela união de materiais diferentes que fornecem características específicas, formadas pelas características principais de cada material. Por exemplo a fibra de carbono, fibra de vidro, honeycomb, entre outros.

No meio dessas pesquisas surgem os cientistas do Instituto Fraunhofer, na Alemanha, que criaram um novo material compósito que possui “capacidades sensoriais” em toda a sua extensão.

O material foi desenvolvido pensando-se na questão de análises de cargas que os materiais estão submetidos quando aplicados em pás de geradores eólicos e superfícies de carros, por exemplo.

Atualmente ainda são utilizados sensores que são colados na superfície e submetidos a condições extremas do vento, analisando-se as características de deformação do material.

O novo material pode ser inserido no meio ou na superfície de peças estruturais feitas de materiais plásticos ou compósitos – o equivalente a instalar sensores na peça inteira. E ele pode entrar no processo normal de conformação, quando a peça ganha o seu formato final.

O “material sensorial” é uma mistura de plástico e metal, que entra em uma categoria chamada material compósito metal-polímero. Por poder ser formado por vários polímeros, é uma vantagem para diversas indústrias, pois além de poderem produzir os polímeros, sendo o material sintético, ele é mais fácil de ser produzido.

O funcionamento das suas Capacidades Sensoriais se dá pelas características de condutibilidade de calor e eletricidade. Quando o material é submetido a uma carga, sua resistência elétrica modifica-se podendo ser medida por fios ligados diretamente na superfície do material. Os sinais gerados são interpretados por um equipamento computacional de análise.

Como a leitura pode ser feita em diversos pontos, é possível determinar exatamente a coordenada onde a carga mais crítica foi aplicada e assim alterar o desenho, a performance ou a aerodinâmica do produto.

Segundo Arne Haberkorn, gerente do projeto, o material já foi testado em uma grande variedade de peças e aplicações e já está pronto para ser repassado à indústria.

Outubro é mês de competição para diversas universidades do Brasil e também do mundo. Em São José dos Campos, interior de São Paulo, a Sociedade dos Engenheiros da Mobilidade, SAE, desenvolve o Aerodesign 2010. Durante o ano, as equipes participantes projetam aviões radiocontrolados capazes de levar cargas. A competição é dividida em 3 classes, Micro, Regular e Open, que se diferenciam, basicamente, pelo tamanho que varia em média de 1 a 5 metros de envergadura.

Em Bauru, estudantes da Faculdade de Engennharia de Bauru (FEB), da Universidade Estadual Paulista (Unesp), se preparam para mais um ano competitivo, trabalhando nas 3 categorias. Os alunos de Engenharia e Design trabalharam durante as férias de julho para cumprir o prazo de entrega de relatório e realizar o primeiro vôo dos protótipos, analisados, primeiramente, por softwares muitos de engenharia, tais como o XFRL5, Excel, Solid Edge, Solid Works, Profili, entre ontros.

A FEB Micro começou a existir em 2009, com a entrada dos Calouros de Engenharia Mecânica no mesmo ano. A partir daí, os protótipos foram se inovando, tornando-se mais bem estruturados e altamente competitivos. No ano de 2009, a FEB Micro alcançou o quarto lugar na competição.

No mesmo ano, Bauru foi vice-campeã na classe Open. Em 2010 as equipes estão mais motivadas para alcançar a primeira colocação e competir nos Estados Unidos no início do ano que vem.

O diferencial da Unesp de Bauru está no trabalho em conjunto e também na aceitação de calouros nas equipes. As três equipes trabalham em uma mesma oficina, onde uma pode auxiliar a outra, facilitando a correção de problemas ou sugestões de projeto. Calouros são bem-vindos, onde podem trabalhar e aprender e no próximo ano, desenvolver novos projetos e auxiliar os novatos.    As equipes brasileiras têm mostrado competência frente às internacionais, como Índia, Venezuela e México, que participaram em 2009. Agora é torcer para que esse destaque mantenha-se visível, mostrando ao mundo que o Brasil tem mentes jovens, brilhantes e altamente capacitadas.

Protótipo FEB MICRO desenvolvido em programa CAD

Holly Sheahan – Royal Society of Chemistry – 31/05/2010 [inovação tecnológica]

Cientistas japoneses criaram um motor rotativo apoiado unicamente em uma gota de água, girando em seu interior quando um campo elétrico é aplicado à gota.

O feito tem grande potencial para uso em dispositivos ópticos e nos biochips.

Motor fluídico

Hoje, são usados fluidos transparentes com altos índices de refração para controlar o movimento ou a inclinação de microplacas, que por sua vez controlam a passagem da luz usada para controlar as reações ou detectar compostos químicos no interior dos biochips.

Os cientistas já haviam conseguido fazer com que as placas se movessem na horizontal e na vertical, mas até agora nenhum grupo havia conseguido fazer um movimento giratório.

Como os polarizadores ou as redes refratoras normalmente têm suas funções controladas por movimentos rotacionais, um “motor fluídico” era um objetivo longamente perseguido.

Motor flutuante

O feito foi alcançado pelo Dr. Atsushi Takei e seus colegas da Universidade de Tóquio, que exploraram um fenômeno conhecido como electrowetting, ou eletroumectação – a capacidade de controlar eletricamente como os líquidos interagem com superfícies sólidas.

O motor é formado por um rotor metálico, não circular, depositado sobre uma gota de água ou outro fluido.

Para fazer a energia chegar ao motor flutuante, foram construídos eletrodos dispostos ao redor da gota. Com a alteração da tensão aplicada aos eletrodos, a gota se deforma, criando um torque entre a gota e o rotor, fazendo com que o rotor gire.

Motor transparente

Os pesquisadores enfatizam que a maior vantagem do seu motor flutuante é que ele pode ser fabricado inteiramente com materiais transparentes, o que o torna totalmente adequado para aplicações ópticas.

Eles agora pretendem partir para a miniaturização dos motores flutuantes, porque os dispositivos ópticos estão sendo construídos cada vez em menor escala. Segundo o grupo, o maior desafio é que, quanto menor a escala, mais difícil se torna controlar as forças sobre a gota.

Há alguns dias atrás, postei um texto falando sobre o projeto de “Reinvenção da Roda”. Nele dei uma passada bem rápida sobre o que o professor Osmar Vicente Rodrigues, da Unesp de Bauru, pretendia idealizar.  

A pedido do CienTecno.com, Rodrigues passou um texto muito interessante e algumas imagens para publicar no site e também para, a partir deles, escrever sobre o projeto e divulgá-lo em uma revista eletrônica da USP. 

Agradeço a atenção do professor. Abaixo está o texto e as imagens. Nele, o pesquisador dá uma introdução e explica melhor como funciona o invento. 

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PUMPLON WHEEL: UMA RODA FORA-DE-ESTRADA

 

Introdução 

Atualmente, 90% das estradas do mundo não são pavimentadas. Entretanto, paradoxicamente, a maciça maioria das pesquisas em design automobilístico estão muito mais voltadas às condições de transporte em estradas pavimentadas do que as condições ‘off-road’. Os motoristas enfrentam, frequentemente, condições de terreno e obstáculos bastante imprevisíveis. Em qualquer atividade de transporte, uma superfície precisa ser suficientemente resistente para evitar que os veículos afundem e ou encalhem, interrompendo assim a viagem. Entretanto, o que é bom em uma situação particular, pode não ser para outra. Por exemplo, um design de pneu com uma pequena área de contato combinado com alta pressão é bastante eficiente em lama com uma acentuada quantidade de água, ao passo que uma área de contato maior e baixa pressão fazem a diferença em terra fofa ou areia. 

Mas qual é o desafio? 

Nenhuma tecnologia hoje disponível possui uma adequada relação custo-benefício ou capacidade de permitir um transporte em todo tipo de terreno e obstáculos. O desafio é, portanto, garantir confiabilidade, segurança e viagens economicamente viáveis e sem interrupções em condições fora de estrada, em especial na agricultura. 

O que é a roda ‘Pumplon Wheel’ 

O conceito ‘Pumplon Wheel’ foi desenvolvido para o transporte todo-terreno, em particular para o uso agrícola. Trata-se de um novo e revolucionário conceito de roda capaz de mudar a própria forma e dimensões de acordo com diferentes condições de terreno, substituindo pneus convencionais nas situações de transporte fora de estrada. Com tais atributos, essa roda reduz significantemente o tempo de viagem, evitando atolamentos e a resultante interrupção do percurso. 

A ‘Pumplon Wheel’ é único, primeiramente, por ser o primeiro no mundo capaz de alterar sua própria largura e diâmetro, alterando consequentemente sua forma e dimensões. E em segundo, porque este pode alterar tanto a área quanto a pressão de contato com o solo de acordo com a necessidade. 

Com a sua capacidade em alterar sua forma e dimensões, indo de uma largura menor seguida de um diâmetro maior à uma largura maior seguida de um diâmetro menor (ver Figuras 1,2,3,4,5 e 6), a consequente mudança na área de contato com o solo e pressão de contato geram diferentes distribuições do peso em cada uma das rodas, e assim permitem melhores resistências de rolagem do veículo, para diferentes tipos de solo e condições de superfície, independentemente do clima. 

 

Figuras 1, 2 e 3: A estrutura da ‘Pumplon Wheel’ em três diferentes formas e dimensões. 

 Figuras 4, 5 e 6: A roda ‘Pumplon Wheel’ incluindo sua estrutura e corpo em borracha. 

  

Chuva é um aspecto importantíssimo na agricultura, especialmente em países tropicais, o número de dias chuvosos por mês pode facilmente atingir a marca de 15 dias de chuva por mês em seis meses do ano (ver Figura 7). De um lado, chuva é vital para as plantas, mas de outro, essa mesma chuva compromete parte das atividades agrícolas, em particular aquelas que dependem de veículos nas plantações. Nos casos em que um negócio depende da produção agrícola e da industrialização daquilo que é colhido, a dificuldade de acesso às áreas plantadas compromete a produção industrial, custando milhões para as empresas agrícolas. 

  Figura 7 – A proporção de dias chuvosos na área central do Estado de São Paulo. 

Source: ESALQ – USP 

  

 De acordo com Beleboni (2006), uma plantação de cana de açucar pode ser comprometida em até 20%, devido a compactação do solo (ver Figura 8). Se nós considerarmos uma usina com capacidade de moagem de 2 milhões de toneladas por ano, isso significa uma perda da ordem de R$ 20 milhões. Ou seja, compactação do solo, definitivamente, não é boa para as plantas, o que acaba gerando um paradoxo em termos de maquinaria agrícola, já que esta tem se tornado maior e mais potente ao longo dos anos. 

Figura 8: Secção de um terreno agrícola mostrando a camada de solo compactado. 

Source: Rubismar Stolf 

  

  

Como nós podemos ver, existe um potencial enorme de aplicação para soluções como a ‘Pumplon Wheel’ nesse cenário, no sentido de se obter um melhor equilíbrio entre a área de contato e pressão de contato de qualquer veículo ou máquina. Como tal solução pode minimizar a ação do peso dos veículos sobre as plantações, pode-se dizer que tal equilíbrio faz dessa roda um produto também ambientalmente correto. 

  

Muito embora ela seja simples em muitos aspectos, a ‘Pumplon Wheel’ apresenta tecnologias bastante distintas, alinhando o óbvio, em termos de princípios, com o simples, em termos de produto, para atingir os seus objetivos de mobilidade. Do ponto de vista da fabricação, isso significa que esse produto é exequível tanto para uma abordagem vertical (interna) quanto horizontal (terceirizada) de produção. Tão importante quanto isso, é o fato de que em sendo um produto simples, qualquer parte dele pode ser produzida por diferentes fabricantes em qualquer parte do mundo, sem a necessidade de um alto nível de especialização. 

  

A ‘Pumplon Wheel’ foi inventada pelo Prof. Dr. Osmar V. Rodrigues do Curso de Design da Unesp Bauru, como resultado de parte de seus trabalhos experimentais durante o desenvolvimento de seu PhD em Design Automobilístico no Royal College of Art, tendo sido premiado em 2006 com o Innovation RCA Selected Works. A invenção, a qual já tem seus direitos de propriedade industrial adquiridos e protegidos, ainda necessita, em seu projeto, de mais 2 anos de desenvolvimento, principalmente em relação ao seu modelamento matemático e seus aspectos dinâmicos de rodagem, para que possa então ser submetido à testes práticos. 

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Osmar Vicente Rodrigues 

 

Fonte: Redação do Site Inovação Tecnológica – 18/02/2010 – [Imagem: Nann et al.]

Fontes de energia do futuro

Células de combustível alimentadas por hidrogênio e energia solar são as duas maiores esperanças para as fontes de energia do futuro, que sejam mais amigáveis ambientalmente e, sobretudo, sustentáveis.

A combinação das duas então, é considerada como particularmente limpa: produzir hidrogênio para alimentar as células a combustível quebrando moléculas de água com a luz solar seria de fato o melhor dos mundos.

Esta é a chamada fotossíntese artificial, que vem sendo alvo de pesquisas de vários grupos de cientistas ao redor do mundo, com diferentes abordagens.

Eletrodo fotocatalítico

Agora, uma equipe liderada por Thomas Nann e Christopher Pickett, da Universidade de East Anglia, no Reino Unido, criou um fotoeletrodo eficiente e robusto e que pode ser fabricado com materiais comuns, de baixo custo.

O novo sistema consiste de um eletrodo de ouro que é recoberto com camadas formadas por nanopartículas de fosfeto de índio (InP). A seguir, os pesquisadores adicionaram um composto de ferro-enxofre [Fe2S2(CO)6] sobre as camadas.

Quando submerso em água e iluminado com a luz do Sol, sob uma corrente elétrica relativamente fraca, este sistema fotoeletrocatalítico produz hidrogênio com uma eficiência de 60%.

“Esta eficiência relativamente elevada é um avanço”, diz Nann.

Fotossíntese artificial

Que o sistema funciona os pesquisadores já comprovaram. Mas como ele funciona? Entender os mecanismos da reação é essencial para aprimorá-lo e levá-lo até aplicações práticas.

Os pesquisadores teorizam o seguinte mecanismo para a reação: as partículas de luz são absorvidas pelo nanocristais de InP, excitando os elétrons em seu interior. Nesse estado excitado, os elétrons podem ser transferidos para o composto de ferro-enxofre.

Em uma reação catalítica, o composto de ferro-enxofre então transfere seus elétrons para os íons hidrogênio (H+) na água em volta, que são então liberados sob a forma de moléculas de hidrogênio (H2). O eletrodo de ouro fornece os elétrons necessários para repovoar os nanocristais de InP.

Hidrogênio industrial

Em contraste com os processos de fotossíntese artificial já divulgados até agora, o novo sistema funciona sem moléculas orgânicas. Estas moléculas precisam ser convertidas para um estado excitado para que possam reagir, o que faz com que se degradem ao longo do tempo.

Este problema limita o tempo de vida de sistemas de fotossíntese artificial com componentes orgânicos.

O novo sistema agora descoberto é puramente inorgânico e tem, portanto, uma vida útil muito maior.

“Nosso novo sistema de eletrodo fotocatalítico é robusto, eficiente, barato e livre de metais pesados tóxicos,” afirma Nann. “Ele pode ser uma alternativa altamente promissora para a produção de hidrogênio industrial.”

Embora sejam promissoras, o hidrogênio para as células a combustível atuais é fabricado a partir do gás natural, um “primo” do petróleo.

Bibliografia:

Water Splitting by Visible Light: A Nanophotocathode for Hydrogen Production
Thomas Nann, Saad K. Ibrahim, Pei-Meng Woi, Shu Xu, Jan Ziegler, Christopher J. Pickett
Angewandte Chemie International Edition
5 Feb 2010
Vol.: Early View
DOI: 10.1002/anie.200906262