As Lentes de Fresnel e o carro movido à energia solar

A International Consumer Electronics Show (CES), cuja tradução livre seria Mostra Internacional de Eletrônica de Consumo, realizada anualmente na cidade americana de Las Vegas, é uma feira profissional, não aberta ao público, na qual muitos novos produtos são apresentados ou anunciados.
Durante a CES de 2014, que  inicia-se no dia 6 de janeiro, a Ford apresentará um novo conceito de carro híbrido: o C-max Solar Energi.
Os carros híbridos são aqueles com a opção de funcionar tanto com motor elétrico quanto à combustão. A novidade é que a eletricidade usada para a movimentação do veículo pode agora também ser obtida a partir de um painel solar, colocado na capota do carro, além da opção de plugar diretamente na rede elétrica. Para que a energia do sol possa ser aproveitada  de maneira mais eficiente, carregando ao máximo as baterias no menor tempo possível, e como não seria viável um painel solar com área muito grande, a saída foi projetar um arranjo que utiliza um tipo de lente convergente conhecida como Lente de Fresnel.

Este arranjo (figuras) aumenta em até 8 vezes a eficiência na captação da luz solar. Abaixo dele o carro estaciona, e se desloca lentamente ao longo do dia, através de um sistema inteligente, programado para posicioná-lo de tal forma a aproveitar ao máximo os raios solares.  Enquanto isso, a bateria recarrega sem a necessidade de plugar na rede elétrica.

Mas o que são as Lentes de Fresnel?
Para entendermos como funciona este tipo especial de lente, vou começar falando de uma propriedade característica das lentes convergentes comuns (lupas), que é a de concentrar os raios do sol em um ponto denominado foco. A distância entre a lente e o foco é chamada de distância focal. Quanto menor for a distância focal da lente desejada, ao ser fabricada, maior deve ser a sua espessura.
Vejam na foto, o perfil de dois tipos de lentes convergentes: uma mais grossa (à esquerda) e outra mais fina (à direita). Segurando primeiramente a lente mais grossa, e depois a mais fina, focalizei, em um papel sobre a mesa, a imagem de uma lâmpada que está posicionada no teto da sala de meu apartamento. Vejam, em cada caso, as diferentes distâncias que tive que manter entre a lente e o papel. No caso da mais grossa, a distância focal é menor, e no caso da mais fina, a distância focal é maior.

No arranjo utilizado para maximizar a energia solar captada nos painéis do carro-conceito da Ford, preferiram optar por Lentes de Fresnel, feitas de acrílico, que possibilita que sejam mais leves e mais baratas. Estas lentes foram inventadas em 1822 pelo físico e matemático francês Augustin-Jean Fresnel. Ele percebeu que era possível obter um foco na mesma posição, sem que a lente precisasse ser muito espessa. Ele notou que se fossem feitos vários cortes no desenho de uma lente convergente comum, dividindo-as em secções e mantendo suas curvaturas,  ao serem compactadas, a espessura da lente se reduziria e o foco permaneceria na mesma posição. Veja na figura , que eu obtive nesta página, e adaptei. (F=Foco)
Carro do futuro?
Por enquanto não se pode dizer que esta solução seria  facilmente adotada nos carros populares de passeio. As células fotovoltaicas são caras, e outra desvantagem é que para que o veículo pudesse percorrer 34 km, apenas usando a propulsão elétrica, seria necessário um dia inteiro à luz do sol, para que a bateria se carregasse por completo.
Este sistema poderia, sim, ser adotado como complemento ao carregamento normal, que já é usado atualmente nos carros elétricos, quando são plugados diretamente nas tomadas de energia (foto). A energia solar obtida através do painel na capota do carro, e transformada em elétrica, de acordo com os engenheiros, poderia representar uma economia de até 75% da energia obtida diretamente nas tomadas da rede elétrica.

Resta saber se o custo do carro compensaria o investimento. Se pensarmos em termos de sustentabilidade do planeta, não há dúvidas de que seria muito bom que as grandes companhias continuassem investindo nestas formas de energias limpas para o funcionamento dos motores, que além de tudo não provocam emissão de gases poluentes devido à queima de combustíveis. Neste sentido, a Ford está de parabéns.
Detalhe ampliado do painel solar na capota do C-max Solar Energi

Para quem se interessou pelas Lentes de Fresnel, selecionei um vídeo interessante e curtinho.
 
Fontes:
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11 comentários:

  1. Olá Jairo. Que novidade, não? Tomara que o projeto dê certo e que possa alavancar uma nova era "limpa". Boa sacada em utilizar as lentes fresnel.

    Trabalhei numa empresa que fabricava flashes eletrônicos para estúdios fotográficos. Um dos produtos era uma iluminação com lente fresnel. Originalmente usávamos uma lâmpada halógena de 400W ou 1.000W, dependendo do modelo, como luz contínua. Fazíamos então, uma adaptação de uma lâmpada helicoidal que dava o flash. O anteparo era um refletor parabólico, o foco era ajustável por uma manopla. Assim, tinha a luz contínua e o flash num mesmo refletor. Muito usado neste meio. Um detalhe interessante era que essa lâmpada flash tem que ter uma temperatura de cor específica para que a foto fique a cor natural, acho que era de 5600°K, se não me engano, utilizávamos um fotômetro para medir a luz emitida no flash. Variações dessa temperatura geram fotos com tonalidades diferentes.

    Ótima postagem. Grande abraço!

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    1. Olá, Kleber:
      Na verdade, eu tive que fazer umas correçõezinhas no post. A leitura de um artigo da Tecmundo
      http://www.tecmundo.com.br/energia-limpa/48632-ford-apresenta-conceito-de-carro-eletrico-que-usa-luz-solar-para-funcionar.htm

      que só agora, depois que pesquisei melhor o assunto, vejo que é um artigo muito superficial, deu-me a entender que as lentes faziam parte de um sistema acoplado ao painel solar, o que talvez, no meu entender, também pudesse ser possível. Acontece que, na verdade a concentração da luz solar usando as lentes de Fresnel é feita através de um arranjo estrutural fixo, embaixo do qual o carro deve estacionar. De qualquer forma, a distância entre o teto deste arranjo (onde ficam as lentes) e o painel solar na capota do carro não poderia ser muito grande, e aí continua valendo o que eu já havia escrito sobre a vantagem de utilizarem as lentes de Fresnel, que não precisam ser muito grossas (pesadas) como as lentes convergentes comuns, para definirem a mesma pequena distância focal necessária neste caso.

      Só depois que vi o vídeo (em inglês):
      http://www.youtube.com/watch?v=nhfnKlampBI
      pude entender melhor este sistema de concentração dos raios de sol. Na prática, ele é um pouco mais complicadinho. O carro tem um sistema inteligente que faz com que ele se movimente automaticamente, embaixo do arranjo, procurando pela melhor posição, de acordo com a localização do sol durante o dia. Isso também exigiria uma área suficiente de "manobras". Se quiser entender melhor, sugiro que dê um play no vídeo, cujo link eu passei acima, e vai direto entre os instantes 1:19 até 1:45 que é onde o apresentador da Ford explica o sistema de arranjos, com uma animação com desenhos que fica fácil de entender, mesmo sem entender o que ele está falando em inglês. Se eu tivesse encontrado este vídeo antes de escrever o post, não teria me confundido. Vivendo e aprendendo.

      As lentes fresnel são mesmo usadas em faróis e lâmpadas, e aí, o efeito que se deseja é parecido com o caso do post, só que de maneira invertida, ou seja, deseja-se que os raios provenientes da lâmpada que se espalhavam em várias direções, ao passarem por uma lente fresnel, saiam paralelos, ou menos dispersos, concentrando-os, e aumentando a intensidade da luz no objeto que se quer fotografar.
      Dá uma olhada nesta foto deste link do ficheiro da página wikipedia, sobre lentes de fresnel:
      http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:LentilleFresnel-fr.svg

      E porque usam as lentes fresnel? porque a lâmpada, que neste caso faz o papel de foco, está muito próxima da lente. Se usassem lente convergente comum, novamente ela deveria ser bem mais grossa. O francês matemático e físico Fresnel teve mesmo uma genial ideia.

      Quentes essas lâmpadas de temperatura de cor específicas, não? 5327ºC ! Interessante que usavam um efeito de lente, para concentrarem os raios, e depois, de um espelho côncavo, pelo que eu entendi, seria para reforçar a concentração, ou não, de acordo com os ajustes de distâncias, feitos pela manopla. Valeu pelas explicações. Gostei de conhecer mais sobre o uso destes equipamentos ópticos na prática. Serve de apoio aos complementos desta matéria (óptica), para exemplificar nas minhas aulas. Óptica é simplesmente fascinante.

      Abraço.

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  2. É uma boa ideia este carro híbrido, embora vá de encontro a interesses em volga como o comércio internacional do petróleo. Caso a humanidade adote esta alternativa ecológica, isto será produto de um longo processo de mentalização, coisa para futuras gerações.

    O artigo foi muito bem trabalhado com um excelente texto, fotos, gravuras e vídeo. Agradável de se ler.

    Abraços.

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    1. Sim, Aloísio. Esta é uma ideia que vai sendo amadurecida aos poucos, pois mais cedo ou mais tarde, a humanidade precisará de uma alternativa, já que o petróleo vai acabar, e não será possível substituí-lo inteiramente pelo etanol, sob risco de precisarmos de áreas ainda maiores de cultivo de cana-de-açúcar, ou outro tipo de cultura da qual se obtém este combustível, diminuindo as áreas de cultivo de alimentos, o que seria um grande problema.

      Você também salientou bem o interesse por trás das empresas petrolíferas, que não vão "largar o osso" facilmente.

      Grato pelo elogio sobre o artigo. Eu confesso a você que tive que pesquisar sobre o funcionamento das lentes de Fresnel, que eu não conhecia. Assim aprendi mais uma, para acrescentar nos exemplos que dou nas minhas aulas.

      Abraço.

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  3. Oi Jairo, a imagem que passou realmente é auto-explicativa. Os prismas construídos na lente são a grande-sacada. O vídeo também mostra todo o sistema.

    Quando vamos fazer um post, para muitos temas, existem inúmeras fontes de consulta. Simplesmente não dá para checar todas. Sei como é, lemos algumas e montamos um artigo para o blog, e achamos que está bom. Nem sempre fica completo. Só depois vemos que faltou alguma coisa. Mas isso é normal. Afinal não estamos fazendo nenhum tcc, não é mesmo?

    Sobre sua conversa com o Aloísio, li em algum lugar há poucas semanas, mas não me recordo onde, sobre que o petróleo não vai acabar, que é uma jogada de marketing. Procurando essa informação (que não achei), encontrei outras bem interessantes. Sabia que a Russia é a maior produtora de petróleo? http://goo.gl/72LEJa

    E sobre a origem do petróleo, veja esses dois artigos muito interessantes: http://goo.gl/bKFnh4 e este http://goo.gl/YCedk0.

    Seu blog realmente é muito interessante. Abre espaço para diálogos incríveis.

    Abraços, amigo!

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    1. Kleber:
      Nestas minhas férias eu tenho tido tempo suficiente para ler e estudar muitos temas que eu acho mesmo muito interessantes, principalmente ligados às novas tecnologias. Ao mesmo tempo, tenho notado algumas coisas que me deixam inconformado. Por exemplo, a baixa qualidade com que muitos sites brasileiros noticiam uma determinada novidade, como é o caso deste carro-conceito. O blog da gente, o meu, o seu, realmente não é um trabalho de TCC, mas a gente tem um cuidado em fazer com que as informações passem aos nossos amigos da forma mais confiável possível, para que fiquem bem informados. Como eu disse a você, eu cometi o erro de consultar somente alguns sites em português, como o Tecnomundo, que é um site bom, mas neste caso, a meu ver, o autor do artigo não explicou convenientemente como funcionavam as lentes fresnel no sistema, e eu acabei sendo traído pela pressa em postar um assunto que achei muito legal, mas onde havia entendido uma coisinha errada.

      Depois que já tinha postado, comecei a pesquisar mais em vários sites em inglês, e vi onde tinha me equivocado, mas agora reformulei o texto do post, e as informações estão corretas.

      Fiquei, no entanto, com uma dúvida, e resolvi fazer a mesma pergunta em vários sites americanos. A pergunta era:

      Por que as lentes de fresnel não podem ser acopladas ao sistema, fixadas a poucos centímetros do painel, evitando-se assim o complexo sistema em que o carro precisa ficar estacionado, se movimentando autonomamente ao longo do dia, seguindo a direção dos raios do sol, enquanto carrega a bateria?

      Foi uma pergunta de um leigo, que quer aprender e entender um pouco mais o assunto. E veio a resposta. De uns dez sites que fiz a pergunta, em dois obtive boas respostas. No site
      http://cleantechnica.com/2014/01/02/ford-c-max-solar-energi-concept-car-coming-ces-2014/
      um camarada chamado Bob Wallace me deu quase que imediatamente uma resposta. Ele explicou que o que os engenheiros e projetistas estavam fazendo, na verdade, com a ideia do arranjo com lentes, era ampliar a área atingida pelo sol, "comprimindo", em seguida, esta energia para o painel do carro. Ele disse que, como a área do arranjo é 5 vezes maior do que a área do painel, poderíamos dizer que o painel recebe 5 sóis. A capota dos automóveis têm área muito menor, portanto, muito menos energia iria atingi-los. Assim, é como se os painéis estivessem recebendo apenas um sol.
      (continua)

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    2. (continuação)
      O outro site que obtive retorno o engadget. Se quiser ver meu comentário e a resposta:
      http://www.engadget.com/2014/01/02/ford-c-max-solar-energi-concept-/#comments
      Lá, um camarada chamado Stephen informou-me que, se as lentes fossem colocadas acopladas ao painel, pelo fato de aumentar a espessura, haveria, segundo ele, "horríveis" vibrações e aumento de temperatura indesejáveis. Além disso, ele questiona o que ocorreria no caso de um acidente, e no aumento do preço do carro, no peso e aumento do consumo de combustível, sem falar que, na visão dele, dividindo-se em 2, sistema de lentes de um lado, e painel solar no carro, isso diminui o preço (do carro) e evita danos nos equipamentos.

      Bom, de certa forma eu já esperava por respostas do tipo da segunda (do Stephen), pois realmente, o aumento do peso e da espessura do painel seriam ruins, mas depois que li a resposta do Bob, por sinal muito didática, fiquei pensando como fui mesmo ingênuo. A potência do sol depende basicamente da área de captação. Não adiantaria colocar as lentes acopladas acima do painel, se a área deste painel não fosse aumentada. O que as lentes fariam era simplesmente concentrar a mesma quantidade de raios solares em um ponto (foco). Bobeira minha, mas mesmo assim, veja como Bob foi gentil na resposta.

      Acho que eu resolvi fazer esta pergunta, porque achei que o maior problema deste projeto é justamente a forma como ele funciona, durante o carregamento da bateria. Li alguns comentários de americanos e ingleses, uns dizendo do perigo deste movimento autônomo do carro enquanto estivesse embaixo do arranjo, como por exemplo, passar por cima de alguma bolsa ou objeto deixados próximos, ou até do pé de alguém. Outros, é claro, questionando o funcionamento em países, como a Inglaterra, que chove em boa parte do ano, ou neva, ou fica nublado.

      Bom...pelo menos fiquei bem a par das novidades nestes carros elétricos.

      (continua)

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    3. Só para concluir, e voltando no papo do porque estou indignado com a qualidade de alguns sites e portais brasileiros, alguns bem famosos: Depois que eu já tinha entendido direitinho o esquema do carro conceito C-max solar energi, procurei em sites brasileiros, para ver se eles tinham entendido, e veja o que descobri. No portal Terra:

      http://economia.terra.com.br/carros-motos/ford-mostra-carro-movido-a-energia-solar-e-autonomia-de-quase-1-mil-km,0ab39e233f753410VgnVCM3000009af154d0RCRD.html

      Veja como é explicado, a começar pelo título da matéria:

      "Ford mostra carro movido a energia solar e autonomia de quase 1 mil km"

      Procurei no texto todo para ver se o autor explicava que esta autonomia era com os uso dos dois motores do carro, o de combustão e o elétrico, mas não achei tal informação. Veja que o leitor, só pelo título, pode ficar com a impressão de que o carro, funcionando, só com a bateria totalmente carregada pelo sol, uma fantástica autonomia de mil km. Isso, para mim, não é informação incompleta, é desinformação. Mandei um comentário para eles, mas até agora não publicaram.

      No mesmo artigo, veja essa interpretação do autor:

      "[...]O modelo é equipado com um painel solar no teto, que se inclina automaticamente buscando de onde vem a luz de acordo com a hora do dia [...]".

      Como sabemos, esta informação é equivocada.

      Vamos dar um desconto, Kleber, eu errei, e eles também erraram na interpretação inicial. A diferença é que o portal Terra tem uma visibilidade MUITO maior do que o meu blog, e neste caso, acho que eles podiam ter adotado um rigor um pouquinho maior, ao passar as informações para seus leitores, não acha?

      Mas o pior não é isso. Ao ler as centenas de comentários que foram colocados lá, qual minha surpresa em notar que 99% deles não diziam nada sobre o tema do artigo. Era gente falando mal do governo, fazendo piadas, xingando, brigando, etc... verdadeiras inutilidades fora de contexto, e que em nada ajudaram na complementação das informações sobre o tema do artigo... coisas que eu não notei nos sites americanos.

      Acho que tem muita gente usando espaços inapropriados para manifestarem suas opiniões, e pelo jeito, com o consentimento destes sites, que não filtram os comentários. Fiquei decepcionado. E olha que só dei o exemplo de um (Terra).



      Definitivamente, penso que, neste caso, ainda temos muito o que aprender com os americanos.

      Agora acho que você entende melhor, quando digo que não faço questão de muitos comentários no meu blog, mas sim comentários inteligentes como os que vocês fazem.

      Desculpa o longo comentário. Foi uma espécie de desabafo.

      Vou ver os vídeos que você recomendou sobre o petróleo, questão que nosso amigo Aloísio tão bem colocou aqui.

      Abraço, amigo.

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  4. Jairo, que bom que publicou suas descobertas. Sugiro ainda que inclua no corpo do texto para que o enriqueça ainda mais.

    Ultimamente os meios que veiculam notícias não estão indo mais na fonte buscar as informações, ficam replicando de outros sites e às vezes dá nisso. Uma pena, pois quantos não leram o artigo e acreditaram no que leram?

    Pois bem Jairo, obrigado por tantas informações!

    Um grande abraço!

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  5. Jairo

    As notícias científicas e tecnológicas não são muito levadas a serio em nossos meios de comunicação. São textos superficiais, com muitos erros infantis e parecem ser feitos por estagiários que pegam os artigos e simplesmente os traduzem no tradutor do Google.
    Seria muito interessante e como um novo campo de trabalho, pegar profissionais do meio que tenham muita disposição para escrever esses artigos.
    Você seria um belo exemplo! Sabe escrever e tem didática.
    Pena que as coisas não sejam tão simples assim.
    Um abraço!

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    1. Pois é, amigo. Depois deste exemplo fiquei pensando até que ponto vale a pena confiar nestes artigos mal traduzidos e escritos por pessoas que não se preocupam em passar informações corretas para seus leitores.
      É uma responsabilidade muito grande escrever sobre novas tecnologias. Normalmente são usados conceitos bem inovadores. Também demorei um pouco para entender que o carro devia ser estacionado embaixo de um arranjo fixo (tipo uma garagem a céu aberto) e que o veículo possui um mecanismo autônomo que faz com que ele se movimente, buscando pela melhor posição para maximizar a captação dos raios solares durante o dia. Neste caso, quem não procurou ler atentamente os artigos, e ver alguns vídeos, realmente correu o risco de interpretar erradamente este conceito inovador. E é aí que eu acho que estes portais, tipo Terra, não deveriam colocar estagiários leigos nestes assuntos, se é que é o caso, como você diz. O negócio é procurar pelas fontes originais (normalmente em inglês) e mesmo que seja com a ajuda do Google tradutor, que eu uso também, mas tomando muito cuidado, porque você sabe como ninguém como este dispositivo são "burros", e em muitos casos acabam fazendo com que o sentido da frase fique bem diferente do que o os autores queriam dizer.

      Obrigado por dizer que escrevo bem. Eu procuro ser o mais cuidadosos possível. Quem é que não erra, não é mesmo. Mas eu encaro esta questão mais ou menos assim: se acho chato errar aqui, neste meu modesto blog, e já aconteceu no caso do artigo do Titanic, quando um leitor me corrigiu nos comentários, dizendo que na verdade, quando o capitão ordenou que fossem revertidos os sentidos de rotação das hélices do navio, para tentar diminuir a velocidade diante da colisão iminente, somente duas das três hélices responderam ao comando, eu ficaria pensando na preocupação que eu teria em um grande portal, com visibilidade de milhares de leitores diários. Talvez eu ficasse horas e horas pesquisando, para não escrever besteira, porque iria "queimar meu filme". Não sei não, meu caro, mas como disse meu amigo Kleber: quantas e quantas pessoas não ficaram com a ideia errada de que o painel deste carro-conceito da Ford se "inclina" em direção ao sol, e que tem autonomia de 1.000 km, só funcionando com a energia do sol, mas que diferença faz pra eles, não é mesmo?

      E se você visse o nível dos comentários, sei lá, compararei com os dos sites americanos. Veja alguns exemplos de comentários deste artigo particular, do portal Terra:

      1- "Cade o biodiesel
      do mentiroso do LULLA,? "

      2- "Diferença dos Ford carroças que são fabricados aqui.
      Este carro não poderia nunca ser vendido aqui no mercado brasileiro, pois não haveria quem pudesse pagar, pois aqui tudo se paga no mínimo o dobro."

      3- "No Brasil é tudo atrasado mesmo ! Agora que descobriram o pré sal, aparece o carro movido a energia solar . Mas com certeza vão cobrar um preço absurdo para nós. "
      4-"Dilma e lula vao explorar a camada pre-sol do brasil"

      5- "PARA TRAZER ESSES CARROS, TEM QUE TER ASFALTO DE QUALIDADE"

      (Mas afinal quem é que disse que a Ford quer vender o carro no Brasil? É um conceito)

      Já em alguns sites americanos fiz um comentário sobre uma dúvida e obtive respostas. As pessoas conversam nos comentários sobre o carro, e sobre alguns dados técnicos. Tem brincadeiras? claro. Tem comentários sem noção? sim. Mas aqui no Brasil, o nível é muito mais baixo. Lamentável. Aproveitam um artigo tecnológico para ficarem fazendo picuinhas sobre opções políticas, e por aí vai.

      Tem hora que dá vergonha de ver que tem tanto brasileiro sem a mínima noção sobre escolher o lugar certo na internet para falar do que gostam. lugar de política é outro. Pronto...falei de mais de novo. Tenho dificuldade em resumir.....

      Valeu, amigo.

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