Que destino dar às cápsulas descartáveis nas máquinas de café expresso?

No final de 2017 decidi comprar uma máquina elétrica (foto) que prepara deliciosos cafezinhos expressos de maneira muito prática. Tudo está funcionando bem até agora, após dois meses de uso, mas o modo que estávamos descartando no lixo as cápsulas de plástico cheias de pó de café usado estava me incomodando.

O mecanismo de funcionamento da máquina é simples. Uma certa quantidade de água é colocada em um reservatório, aquecida através de uma resistência elétrica, e injetada dentro de uma pequena cápsula descartável, previamente inserida e travada dentro de uma abertura no topo da máquina (foto). A cápsula de plástico, contendo o pó de café, vem inicialmente lacrada por um selo de alumínio. No momento de seu travamento, o próprio bico injetor perfura o selo, e depois a água quente entra na cápsula à alta pressão. No interior desta cápsula, há duas peneirinhas de plástico que funcionam como filtros, agindo de forma análoga aos coadores de pano ou de papel (fotos).
    

Reciclagem

No condomínio de prédios onde moro há opção para se fazer a separação entre o lixo reciclável (papéis, plásticos, vidros, e metais) e o lixo orgânico. Eu, minha esposa e minha filha procuramos sempre aplicar esta seleção. Acontece que estávamos descartando as cápsulas da máquina de café, após serem usadas, no cesto de lixo orgânico, o que de certa forma me incomodava.

Sempre costumo ressaltar nas minhas aulas a importância de começarmos a pensar seriamente sobre o nosso lixo produzido, e das graves e negativas consequências ecológicas que o descarte incorreto pode trazer, mais cedo ou mais tarde. O lixão da cidade onde moro, Piracicaba, por exemplo, já esgotou a sua capacidade há muito tempo, e dessa forma, todo o lixo tem que ser transportado atualmente até um aterro particular na cidade de Paulínia, a aproximadamente 60 km de nossa cidade.
Fiquei sabendo também, através de uma reportagem na TV, que o lixão do Distrito Federal (foto), considerado o maior da América Latina, contendo todo tipo de lixo, formando uma camada de até 6 metros de profundidade abaixo da superfície soterrada, também está sendo fechado. A reportagem trazia um depoimento de uma ambientalista falando sobre o alto gasto de tempo e dinheiro que seria necessário para tentar agora descontaminar a área.

Maior lixão a céu aberto da América Latina, o Lixão do Distrito Federal.

Ecochato

Algumas pessoas, de uma forma geral, parecem não se importar muito quando converso sobre a necessidade de separarmos o lixo reciclável. Muitas justificam o fato de não reciclarem, dizendo que nos locais onde moram não há coleta seletiva, e portanto não haveria sentido em separar os diversos tipos de lixo, já que de qualquer forma eles seriam misturados no caminhão. Eu entendo, e penso que deveríamos começar a cobrar políticas públicas que melhorem este quadro, mas também não quero parecer como alguns chamam, um ecochato, apontando a todo momento atitudes e comportamentos que cada um poderia adotar para ajudar a minimizar os danos causados ao meio ambiente.

No caso das cápsulas usadas, percebi que é fácil rasgar e retirar o selo de alumínio, e desta forma o pó de café já utilizado também sai facilmente, lavando com água. Fazendo assim, as partes de plástico, o invólucro da cápsula e as peneirinhas (foto)  podem ser separadas e descartadas nos recicláveis.    

Cápsulas usadas e as peneirinhas lavadas e  prontas para serem descartadas no lixo reciclável.

Muitos podem achar que estou exagerando, e que esta prática teria uma contribuição mínima na causa, mas mesmo assim eu continuarei achando que qualquer atitude na direção de tentarmos melhorar o nosso planeta é válida, por menor que ela possa parecer. Ouço dizer que a questão do lixo é acima de tudo de educação do povo. Então não vejo sentido em ensinar uma coisa para os alunos, sem que eu mesmo não as pratique no dia-a-dia.

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Um método simples para determinar o diâmetro do Sol

Durante estes 28 anos dando aulas de Física, infelizmente tenho notado que esta disciplina têm sido constantemente escolhida pelos alunos como uma das mais desinteressantes do currículo, devido à forma como é ensinada há décadas, visando em muitos casos quase que exclusivamente o preparo para os exames vestibulares. Eu penso que os assuntos deveriam ser mais contextualizados, através de práticas experimentais, para que os alunos não ficassem com a impressão de que ela se resume a um amontoado de fórmulas desconectadas de um sentido prático evidente.

Determinando o diâmetro do Sol

Uma prática simples de ser realizada na parte de Óptica Geométrica consiste na utilização de um papelão com um pequeno furinho que permite projetar a imagem do Sol em um anteparo. Através da medida do diâmetro da imagem, da distância entre a imagem e o papelão, e conhecendo-se a distância Sol-Terra, é possível determinar o diâmetro do Sol. Realizei esta atividade com os alunos das 2ªs séries do Ensino Médio na escola em que dou aulas. Vejam:

O mais importante é que eles entenderam facilmente uma aplicação prática da Câmara Escura de Orifício, assunto que eu já expliquei aqui em um post deste meu blog.

No caso da determinação do diâmetro do Sol, temos a seguinte situação:

Projeção da imagem do Sol, usando um papelão com um furinho e um anteparo.

O valor de a, correspondente à distância média entre o Sol e a Terra eu informo para eles, que é de 150.000.000 km. O que eles devem medir é o diâmetro da imagem do Sol (i) e a distância entre o anteparo e o orifício (b).

Os dados de dois grupos foram anotados por mim na lousa:

Estabelecendo-se uma relação métrica entre dois triângulos semelhantes da figura, temos:

$$\begin{equation*}\large\frac{o}{a} =\frac{i}{b}\end{equation*}$$ Então:$$\begin{equation*}\large\ {o}=\frac{i.a}{b}\end{equation*}$$

Usando os dados do grupo da direita da lousa, temos:

$$\begin{equation*}\large\ {o}=\frac{9.10^{-6}.1,5.10^{8}}{10^{-3}}\end{equation*}$$ $$\begin{equation*}\large\ {o}=1,35. 10^{6} km\end{equation*}$$ O diâmetro real do Sol é:

$$\begin{equation*}\large\ {o}=1,39. 10^{6} km\end{equation*}$$Nota-se que este grupo de alunos obteve, mesmo com um método relativamente simples, um valor bem próximo do real. 
Recentemente postei aqui sobre o eclipse total do Sol, que ocorrerá dia 21 de agosto. É mesmo uma coincidência incrível que, tendo a Lua um diâmetro 400 vezes menor do que o Sol, apresente para nós um tamanho aparente, que coincide exatamente com o diâmetro de nosso astro rei.

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Eclipse Total do Sol: muita sorte de quem puder ver

Aqueles que acompanham as notícias sobre astronomia já devem estar sabendo do eclipse total do Sol que ocorrerá no dia 21 de agosto próximo. Ao preparar uma aula para meus alunos sobre o assunto, fui ao Youtube, a fim de escolher um bom vídeo que me ajudasse. O melhor que encontrei estava narrado em inglês, mas mesmo assim resolvi baixá-lo, pois achei muito bem produzido, mostrando algumas animações, imagens e explicações bem simples e didáticas, as quais infelizmente não encontrei em nenhum outro narrado em português. Durante a aula, projetei-o na parede do laboratório, e fui pausando o vídeo em alguns pontos importantes, explicando aos alunos por que este fenômeno é tão raro. O título do vídeo é "Why a total solar eclipse is such a big deal", que em uma tradução literal seria: "Por que um eclipse solar total é um grande negócio". 

Mas por que as pessoas que tiverem a oportunidade de ver o fenômeno podem ser consideradas privilegiadas?
Porque elas terão a sorte de presenciar um acontecimento astronômico raro, estando no local certo e na hora exata, contando também com a sorte de que naquele dia o tempo não esteja nublado e o céu não esteja encoberto por algum motivo no instante em que a Lua cobrir totalmente o Sol.

Vamos entender primeiramente os tipos de eclipse solar. Usarei aqui alguns prints do vídeo:

Tipos de eclipses do sol: o Parcial, que poderá ser visto dia 21 em alguns estados do Norte e Nordeste do Brasil, o Anular, quando o tamanho aparente da Lua não coincide com o do Sol (não é este tipo que ocorrerá dia 21), e o Total. 

A órbita da Lua em torno da Terra dura em torno de 29,5 dias, e não é exatamente um círculo, mas sim uma elipse. Isto quer dizer que às vezes, a Lua está um pouquinho mais perto da Terra, e às vezes, um pouquinho mais longe. Dia 21 ela estará mais próxima, e apesar de nosso satélite natural ser 400 vezes menor que o Sol, por uma incrível coincidência da Natureza, apresentará para nós, neste dia, o mesmo tamanho aparente do Sol, que como sabemos está muito mais distante.

Momento em que a Lua se encontra um pouco mais distante da Terra. Nesta situação pode ocorrer um eclipse anular. 

Momento em que a Lua se encontra um pouco mais próxima da Terra. Nesta situação pode ocorrer um eclipse total

Mas há um outro fato que torna todos os tipos de eclipses não muito comuns. O plano de órbita da Terra em torno do Sol não coincide com o plano de órbita da Lua em torno da Terra. Se os planos fossem coincidentes, haveria um eclipse do Sol e um eclipse da Lua a cada mês. Na verdade, estes dois planos formam um ângulo de 5,1º e desta forma, nem sempre a sombra da Lua estará projetada sobre a Terra. Daí o principal fato de os eclipses serem um tanto raros. Veja na figura:

Cones de sombra da Lua e da Terra. O plano de órbita da Terra em torno do Sol está na horizontal, e o plano de órbita da Lua em torno da Terra (linha branca) está inclinado de 5,1º. Nesta situação não ocorre o eclipse. 

Há somente uma linha na Terra em que as pessoas poderão observar o eclipse total, do dia 21 de agosto. Esta linha percorrerá o território dos EUA, e ela está representada no mapa a seguir. Neste mapa estão também representadas as trajetórias das linhas dos eclipses totais do Sol que ocorrerão neste século.

Linhas dos locais de onde poderão ser observados eclipses totais do Sol. O mais próximo de nós será em 2019, na região do Chile e Argentina.  

Aos que estiverem no próximo dia 21 no Nordeste ou Norte do Brasil, e quiserem observar o eclipse parcial, desejo que o dia não esteja nublado, mas atenção! Há maneiras não indicadas para se fazer esta observação, como por exemplo, usar chapas de raio-X, que não protegem a nossa retina dos raios ultravioletas. A maneira mais indicada penso que seja usando vidros de solda, que são bem baratinhos pra se comprar. Indico o vídeo a seguir para quem quiser entender um pouco melhor. E coloquei também na sequência, o vídeo do qual retirei as imagens deste post. 

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Quem os carros autônomos deveriam escolher salvar ou matar em caso de decisões extremas?

Há uns 8 meses fiquei sabendo da história do americano Joshua Brown que postou um vídeo no Youtube, mostrando como o seu carro Tesla ModelS evitou uma batida com um caminhão que imprudentemente fechou a sua frente. Este tipo de carro possui sensores que permitem que ele se movimente autonomamente, e neste caso o sistema teria feito com que ele freasse e desviasse do caminhão. Veja o vídeo:

Infelizmente, um mês depois, Joshua sofreu um acidente fatal, tendo seu carro entrado debaixo de uma carreta. Supõem-se que ele não estivesse com as mãos no volante, e que os sensores de freio também tenham falhado. Veja como o carro ficou:

Agora estão se intensificando debates sobre até que ponto poderíamos confiar suficientemente em um carro totalmente autônomo. Além disso, outras questões muito pertinentes têm sido colocadas a respeito de qual decisão seria mais adequada no caso de o carro ter que escolher entre uma colisão com um grupo de pedestres a sua frente, salvando o motorista, ou optando por salvar preferencialmente os pedestres.

Um estudo feito pela Escola de Economia de Toulouse mostrou que mais de 75% dos inquiridos preferiram o auto-sacrifício do motorista se fosse para salvar um grupo de 10 pedestres, e cerca de 50% apoiaram o auto-sacrifício se fosse para salvar apenas um pedestre. No entanto, os entrevistados de fato não acham que os carros reais acabem sendo programados dessa maneira, e que o veículo provavelmente tentaria salvar o motorista a qualquer preço.
Uma versão da pesquisa questionou sobre a quantidade de pessoas que seriam mortas (entre 1 e 10) se o carro tivesse que escolher entre sacrificar o motorista ou os pedestres. Em outra versão testou-se como as pessoas programariam os carros, sacrificando sempre o motorista, ou protegendo-o, e também aleatoriamente, avaliando-se a moralidade em cada caso. 
Os pesquisadores informaram que os entrevistados geralmente eram receptivos aos carros autônomos que optassem tomar decisões que priorizassem salvar uma maior quantidade de pessoas. Isto é conhecido na filosofia como utilitarismo. No entanto, eles prevêem que será difícil estabelecer regulamentos, quando questionarmos se o público apoiaria uma lei que exigisse que esses carros sacrificassem os seus passageiros em determinadas circunstâncias.

Esta é uma questão que sem dúvida irá afligir a indústria automobilística autônoma. Já está comprovado que os carros autônomos podem reduzir as mortes no trânsito em até 90%, mas no campo da ética, o que acontece aos outros 10% é uma questão que ainda deverá ser muito debatida.

Fontes:
http://www.popsci.com/who-will-driverless-cars-decide-to-killcon=TrueAnthem&dom=fb&src=SOC&utm_campaign=&utm_content=584eb597b8a9fe00073926fa&utm_medium=&utm_source=
http://g1.globo.com/carros/noticia/2016/07/divulgadas-imagens-de-carro-da-tesla-apos-acidente-fatal-nos-eua.html

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Que outros locais além de Marte deveriam ser visitados pelo Transportador Interplanetário de Elon Musk?

Elon Musk há muito tempo sonha em construir o Mars Colonial Transporter (figura) - uma espaçonave enorme capaz de transportar 100 pessoas ou 100 toneladas de carga para Marte. O cargueiro é parte integrante do plano de sua companhia  SpaceX de espalhar a humanidade para um novo planeta.

Mas por que parar em Marte, se Musk anunciou que a nave hipotética poderia ser capaz de viajar além? O que mais há lá fora para a humanidade além de Marte?

Ainda não temos muitos detalhes sobre o sistema de transporte interplanetário ou quais outros destinos estão dentro da capacidade do veículo, mas a ideia fez com que a equipe da Popular Science especulasse sobre onde mais poderíamos viajar com ele.

Além de Marte, o sistema solar apresenta outros lugares que podem ser hospitaleiros para a vida humana - ou pelo menos um pouco menos mortais do que outros:

1)Vênus

A atmosfera superior de Vênus, por exemplo, pode não ser tão sufocante e quente para um assentamento humano. E uma cidade flutuante acima das nuvens teria algumas incríveis e belas vistas. Veja uma ilustração de como seria, nesta imagem simulada produzida pela NASA:

Simulação de uma colônia em Vênus, usando balões infláveis. 

2) Titã 

Com uma atmosfera predominantemente composta de nitrogênio e uma pressão superficial semelhante à da Terra, a lua de Saturno, Titã, poderia ser um abrigo interessante para a humanidade. Titã pode ter água abaixo de sua superfície, e talvez a amônia que chove do céu ajudasse a manter nosso acampamento sempre bem limpo. Só teríamos que ter cuidado para não acender um fósforo perto dos lagos de metano líquido.

Lagos de metano líquido em Titã. Inflamáveis na presença de oxigênio.  

3) Lua e Calisto

Outros destinos, como a nossa lua e a lua Calisto de Júpiter (foto), poderiam ser abundantes fontes de gelo de água.

Isso é importante não só para fornecer água potável para qualquer colono em potencial, mas também porque a água pode ser separada em hidrogênio e oxigênio. Oxigênio, obviamente, é bom para respirar, mas o hidrogênio e o oxigênio juntos também produzem combustível de foguetes, então quaisquer colônias instaladas nesses mundos de água podem se tornar postos de combustíveis para a exploração do sistema solar.

Mas o que seria superior a Marte?

Elon Musk é um homem com grandes ambições. Depois que ele (presumivelmente) conseguir enviar os primeiros seres humanos a Marte, a menos que ele se aposente até lá, provavelmente precisará de alguns outros objetivos mais elevados a buscar. Podemos pensar em pelo menos dois deles:

1. Procura por vida extraterrestre em Europa.

Esta não seria uma tarefa fácil, considerando que o oceano potencialmente vital da lua de Júpiter está enterrado abaixo de 100 km de gelo. Perfurar através de toda esta camada seria um grande trabalho para um robô, mas talvez se Musk enviasse uma equipe de perfuradores lá, no estilo Armagedon, poderíamos finalmente responder à pergunta: "Existe vida alienígena em Europa?"

Esta lua (foto), bombardeada por radiação, não seria um lugar hospitaleiro para uma equipe humana, mas as profundas implicações de encontrar ou não vida em outro mundo fariam valer a pena tentar uma aterrissagem por lá.

2. Levar-nos para outro sistema estelar.

Uma viagem interestelar já seria pedir muito por enquanto da nave espacial, mas uma vez que estamos especulando sobre os destinos hipotéticos de um veículo hipotético, por que não considerarmos isso também.

A SpaceX está planejando lançar o transportador interplanetário em 2022, em seguida, enviá-lo para Marte com passageiros humanos em 2024. Esse cronograma, como em outros vôos espaciais, provavelmente vai revelar-se excessivamente ambicioso e sujeito a atrasos, mas vamos esperar para quem sabe descobrir mais sobre a nave espacial, nas próximas revelações do visionário Elon Musk. Segundo suas palavras:

Fonte

Este artigo é uma tradução e adaptação do artigo original da Popular Science:

http://www.popsci.com/where-elon-musks-interplanetary-transporter-should-go-next?con=TrueAnthem&dom=fb&src=SOC&utm_campaign=&utm_content=584356a6b8a9fe0007c44c4c&utm_medium=&utm_source= 

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Anel de Ferrite

Existem certas coisas que fazem parte do nosso dia-a-dia mas que não nos importamos em pensar para que servem. Por exemplo, quantas vezes você se perguntou qual a função do pequeno cilindro mostrado em destaque na foto ao lado, próximo ao conector do carregador do seu notebook? 
Por mais que você queira pensar que ele não serve para nada, ou que serviria apenas para facilitar o manuseio do fio, como eu mesmo cheguei a acreditar, esta peça é um importante componente do carregador. O dispositivo cilíndrico é chamado de anel de ferrite,  um indutor feito de um material ferromagnético que suprime o ruído de alta frequência em circuitos eletrônicos. Ele protege o seu computador do ruído eletromagnético que pode ser captado pelo fio ou do ruído existente no conversor AC-DC ou na linha AC. O dispositivo também evita que possíveis altas radiofrequências se aproveitem do cabo usando-o como antena, captando o ruído e transmitindo para o aparelho. Como muitos devem saber, um fio condutor pode servir como antena, como é o caso dos fones de ouvido que as pessoas usam nos celulares. Só que no caso dos carregadores dos notebooks, esta captação pode prejudicar o bom funcionamento. 
Agora você já sabe: quando for carregar seu notebook, lembre-se que aquela pecinha cilíndrica magnética está protegendo seu aparelho da interferência de ruídos indesejáveis.

Fontes:
https://en.wikipedia.org/wiki/Ferrite_bead
http://beingindian.com/entertainment/ferrite-bead/?utm_medium=3357&utm_campaign=TVH&utm_source=FB
http://ptcomputador.com/Ferragens/computer-power-sources/16932.html
http://forum.clubedohardware.com.br/topic/1101950-cilindro-de-ferrite-no-cabo-dc-de-uma-fonte-de-alimenta%C3%A7%C3%A3o/

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Propulsão eletromagnética não violaria a terceira lei de Newton

Os físicos acabam de publicar um novo estudo sugerindo que a controvertida propulsão eletromagnética poderia realmente funcionar, e na verdade ela não estaria violando a terceira lei de Newton, como se imaginava antes. A lei determina que para que um corpo receba um impulso para a frente, é necessário que ele impulsione uma outra massa para trás (princípio da ação e reação).

Nos foguetes convencionais, os gases de escape são queimados, e esta massa expelida para trás faz surgir uma força para frente no foguete.
A propulsão eletromagnética por sua vez funciona de uma maneira diferente. Ela foi concebida inicialmente em 1999, pelo cientista britânico Roger Shawyer (foto). A unidade usa ondas eletromagnéticas como combustível, que impulsionam micro-ondas dentro de uma cavidade de metal produzindo movimento.

Roger Shawyer ao lado de sua criação.

Viagem a Marte em 70 dias?

Segundo os cálculos de Shawyer, o impulso produzido seria suficiente para levar seres humanos até Marte em apenas 70 dias, sem a necessidade de combustíveis pesados e caros. Isso seria fantástico, mas durante muito tempo a comunidade científica têm mostrado ceticismo a respeito da possibilidade de real funcionamento deste dispositivo, justamente pelo fato de ele aparentemente violar a lei da ação e reação. Pode-se entender facilmente a razão do dilema, pois a unidade criada não usando combustível convencional, não produziria gases de escape, e desta forma não poderia gerar impulso no foguete.

Terceira lei confirmada
No entanto, uma possível solução potencial foi dada agora por físicos da empresa COMSOL, da Universidade de Helsinki, e da Universidade de Jyväskylä, na Finlândia. Segundo os pesquisadores, haveria de fato um produto de escape, que na verdade é luz, ou mais especificamente, fótons emparelhados uns com os outros.

Mas se esse é o caso, por que ninguém detectou estes fótons antes?

Os pesquisadores acreditam que é porque os fótons ao se emparelharem se movimentam em oposição de fase, o que significa que eles se anulam mutuamente. Se você pensar nas ondas de água, quando a crista de uma onda se sobrepõe ao vale de outra, elas se anulam e formam uma região plana, apesar do fato de duas ondas estarem passando por ali. Isso é o que provavelmente esteja acontecendo com os fótons, e por isso, em outras palavras, eles se tornam invisíveis, do ponto de vista eletromagnético.

Na verdade, o que se tem por enquanto é apenas uma hipótese baseada em cálculos teóricos, mas não é a primeira vez que os fótons têm sido utilizados para impulsionar naves espaciais - esta é também a ideia em que se baseia a vela solar de Bill Nye.

Agora, os engenheiros irão iniciar os testes a fim de verificar se esta hipótese se sustenta, e isso já vai ser um desafio por si só, pois sem uma assinatura eletromagnética, os pesquisadores vão ter de detectar os fótons usando um interferômetro, não muito diferente daquele que captou recentemente ondas gravitacionais provenientes do espaço.

Mas se os cientistas puderem verificar que esses fótons emparelhados de fato estão sendo empurrados para fora, as unidades de motores eletromagnéticos serão uma realidade, ajudando os engenheiros a projetarem cavidades melhores, produzindo ainda mais impulso. Resta esperar pelos testes, e caso este modelo inovador se confirme, abrirá possibilidades de viagens antes inimagináveis pelo nosso sistema solar e talvez até mesmo para outros lugares mais distantes.

Fontes:

http://www.sciencealert.com/new-paper-claims-that-the-em-drive-doesn-t-defy-newton-s-3rd-law-after-all 

http://canaltech.com.br/noticia/ciencia/cientistas-provam-que-motor-de-propulsao-eletromagnetica-da-nasa-funciona-46337/

https://papoastronomico.com.br/2016/02/15/como-funciona-a-propulsao-eletromagnetica/

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Sol e sal na geração de energia elétrica: o meio ambiente agradece.

Neste segundo semestre de 2016, eu e um grupo de alunos tentaremos aprimorar um modelo de Energia Solar Concentrada (ESC) na escola na qual dou aulas de Física. Pretendemos divulgar nosso projeto, participando  de algumas mostras e feiras de ciências. O objetivo principal é tentar convencer as pessoas sobre os benefícios das usinas de ESC, mostrando de que forma elas podem produzir energia elétrica sem causar grandes danos ao meio ambiente, comparando-se aos provocados pelas termoelétricas, que estão sendo escolhidas no momento no Brasil para complementar a oferta de energia elétrica.

ESC no Brasil 
Com a diminuição (e futuro esgotamento) do potencial hídrico brasileiro, ao invés de optarmos pelas termoelétricas ou termonucleares, poderíamos começar a pensar em construindo usinas solares em regiões específicas, o que desenvolveria o setor tecnológico, gerando empregos e reduzindo impactos ambientais. 

No âmbito do Plano Nacional de Energia 2030 (PNE 2030), a energia solar aparece como uma alternativa para atender a crescente demanda de energia elétrica no país, bem como para manter a participação de renováveis na matriz elétrica. Alguns estudos já foram feitos neste sentido, viabilizando algumas áreas em potencial. Veja no mapa:

Áreas indicadas para instalação de usinas solares (em amarelo e laranja). As cores em azul mostram os níveis de insolação (azul claro = níveis maiores. azul escuro = níveis menores)

Assim sendo, procuro informar-me a respeito das mais novas tecnologias empregadas nas usinas de ESC, para passar informações relevantes aos participantes do nosso projeto. Já percebi, por exemplo, que um dos fatores limitantes deste tipo de usina, diz respeito à dificuldade no armazenamento da energia gerada, o que pode impedir o fornecimento em casos de longos períodos de tempo sem sol. Na nossa escola, quando apresentamos preliminarmente o projeto, usando antenas parabólicas revestidas de materiais espelhados, algumas pessoas me questionaram sobre esta limitação da ESC, pois o armazenamento em baterias realmente encarece o sistema, aumentando o custo-benefício.

Sal fundido armazenando o calor

Atualmente é possível usar sal fundido para armazenar o calor que irá gerar o vapor d'água. O sal permanece quente durante mais tempo, e este calor pode ser aproveitado assim que necessário, em dias de pouco sol, diminuindo a necessidade de possíveis interrupções no fornecimento de eletricidade. Crescent Dunes (foto), instalada no deserto do estado americano de Nevada, produz até 110 MW de potência, e fornece energia sempre que necessária, mesmo após o anoitecer. 

A usina dispõe de uma torre de 195 metros de altura, que brilha como um farol, e é cercada por mais de 10.000 espelhos, cada um do tamanho de uma mesa de bilhar (das grandes), focando os raios de sol no topo da torre. A inovação reside no fato de que ela é apontada como a primeira usina de energia solar que pode armazenar mais de 10 horas de eletricidade, o que se traduz em 1.100 MWh, o suficiente para abastecer 75.000 casas.

Vamos dar uma ideia melhor do que isso representa. Estima-se que a população de Piracicaba (foto), cidade onde eu moro seja de 400.000 habitantes. Se colocarmos uma média de 4 pessoas por residência, teríamos aproximadamente 100.000 residências na cidade. A usina poderia suprir, neste caso 75% da demanda de energia das casas da cidade.

Durante o funcionamento da usina, os espelhos se movem e direcionam os raios de sol ao topo da torre, que aquecem um tanque enorme, repleto de nitrato de sódio e potássio. Este sal fundido pode alcançar temperaturas de 565ºC. Quando a eletricidade é necessária, o sal quente é usado para ferver a água, produzindo vapor de alta pressão, que gira turbinas acopladas a geradores de energia elétrica. No restante do tempo, o sal fundido pode ser armazenado em um outro tanque isolado no chão.

As propriedades térmicas e físicas do sal fundido o tornam em particular um bom candidato para o armazenamento do calor. Ele pode ser bombeado como água e armazenado em tanques assim como a água. Apesar disso, muitas outras usinas de ESC ao redor do mundo usam raios solares para aquecer diretamente a água transformando-a em vapor. É o caso da usina de Ivanpah, na Califórnia, a maior central térmica de concentração do mundo, com 377 MW, que não possui nenhuma maneira de armazenar a energia total que produz. 

Solar Concentrada x  Fotovoltaica

Em última análise, no entanto, sistemas de energia solar concentrada devem competir em preço com sistemas fotovoltaicos (foto) que convertem a luz solar diretamente em eletricidade, usando células solares.

O preço dos painéis fotovoltaicos despencou nos últimos anos, tornando os sistemas mais baratos do que os de concentração solar. Mas a energia fotovoltaica não pode garantir eletricidade contínua, certamente não durante a noite, a menos que disponham de seu próprio meio de armazenamento, em geral formado por um grande conjunto de baterias. Quando o custo da tecnologia das baterias é levado em consideração, a energia fotovoltaica sai mais cara do que a energia solar concentrada.

A viabilidade das usinas de ESC
Muitos céticos ainda duvidam que a ESC será capaz de igualar em custos o carvão, e a eletricidade gerada a partir do gás natural. "Usinas de energia solar concentrada são grandes projetos, que requerem lotes de aço e vidro, que são susceptíveis de terem mudanças significativas na eficiência ou no custo", diz o americano Adam Schultz, analista do Departamento de Energia de Oregon (EUA). Ele acha que os painéis fotovoltaicos e baterias são mais propensos a diminuirem os custos.

No entanto, Crescent Dunes pode se tornar a primeira de muitas grandes usinas a usar torres de sais fundidos, e mostrar que é possível ampliar e fornecer mais eletricidade a partir da melhoria no armazenamento do calor, atendendo continuamente as exigências da rede de consumo. Crescent Dunes já é quase seis vezes maior do que a planta de demonstração, de 20 MW, da Torresol Energy, que foi concluída em 2011, na Espanha. Ainda este ano será construida uma segunda planta mais ou menos do mesmo tamanho de Crescente Dunes, na África do Sul. Outros desenvolvedores de energia solar térmica também têm grandes torres em construção no Marrocos e no Chile, que também utilizarão sal fundido. Com a primeira planta em escala de utilidade concluída, os custos poderiam eventualmente diminuir. Temos ainda um longo caminho a percorrer, mas a tecnologia usando sal fundido tende a ser a mais promissora para a geração e armazenamento de energia a partir da energia solar. 
Eu continuarei divulgando este tipo de obtenção de energia elétrica para que as pessoas primeiramente conheçam esta opção, principalmente nossos jovens alunos, e para quem sabe um dia possamos ter aqui no Brasil a nossa própria usina de Energia Solar Concentrada.

Fonte:
http://www.scientificamerican.com/article/new-concentrating-solar-tower-is-worth-its-salt-with-24-7-power/?WT.mc_id=SA_FB_ENGYSUS_NEWS

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Babilônios: matemática, física e astronomia muito adiantes no tempo.

Em Física, quando se dá um gráfico velocidade x tempo correspondente ao movimento de um objeto, e se pede a distância percorrida por ele, a maneira mais fácil de resolver é calculando-se a área formada abaixo da curva delimitada pelas retas verticais que passam pelos dois instantes de tempo considerados. Vejamos um exemplo:
Temos na figura o gráfico de velocidade em função do tempo de um movimento variado. Vamos determinar a distância percorrida desde o início do movimento até o instante t1=3 s.

Resolução:

Para determinar a distância percorrida, basta calcular a área do trapézio sombreado, desenhado sob o gráfico da velocidade, entre os instantes to = 0 e t1 = 3 s, pois:

 ∆s≅ área do trapézio

Assim, temos: $$\begin{equation*}\large ∆s = {\frac{(14 + 10)}{2}.3}= 36 m \end{equation*}$$Se este método do cálculo da área não fosse conhecido, o problema poderia ser resolvido pelas fórmulas da Cinemática, porém de forma um pouco mais complicada. Vejamos:$$\begin{equation}\large ∆s = {Vo . t + \frac{a.t²}{2}}\end{equation}$$

O valor da aceleração (a) seria:
$$\begin{equation*}\large a = {\frac{V - Vo }{∆t} = {\frac{10 - 14 }{3}=\frac{- 4}{3} m/s²}}\end{equation*}$$Substituindo na eq.(1):$$\begin{equation*}\large ∆s = {14 . 3 + \frac{\frac{- 4}{3}.3²}{2} = 36 m}\end{equation*}$$
Mas quem descobriu o método da área?

Até muito recentemente, acreditava-se que a obtenção da distância percorrida por um móvel a partir do gráfico v x t teria sido descoberta no século XIV. Já se sabia que em 1350, os matemáticos europeus entendiam que, se você calculasse a área sob uma curva, obteria a distância percorrida. 

Porém, através de um artigo publicado na Sience, em janeiro de 2016, escrito por um astroarqueólogo chamado Mathieu Ossendrijver, da Universidade Humboldt em Berlim, Alemanha, pode-se constatar que este método já havia sido empregado muito antes pelos Babilônios. Após analisar durante 13 anos, aproximadamente 400 tabuletas de argila (imagem), inscritas com a escrita cuneiforme, datadas de 350 a 50 a.C. e escavadas no Iraque durante o século XIX, Ossendrijver descobriu que os Babilônios já empregavam o método da área nos estudos e cálculos da astronomia. Uma coleção de quatro tabuletas sobre a posição de Júpiter parece preservar fragmentos de uma técnica para o cálculo da área abaixo de uma curva. Estes textos em argila estavam fragmentados, e durante décadas seu significado astronômico permaneceu desconhecido. Em 2014, Ossendrijver descobriu o manual de instruções: uma tabuleta que "simplesmente passou despercebida", segundo ele, e acumulava poeira no Museu Britânico desde 1881.

O cálculo

Um dos textos babilônicos (à esquerda), mostrando uma porção de um cálculo para determinar o deslocamento de Júpiter no plano da eclíptica: trata-se da área sob a curva velocidade x tempo (à direita)/Mathieu Ossendrijver

Um dos textos, agora descodificado, descreve um procedimento para calcular o deslocamento de Júpiter através do plano da eclíptica, o caminho que o Sol parece seguir através das estrelas ao longo de um ano. De acordo com o texto, os babilônios faziam isso acompanhando a velocidade de Júpiter como uma função do tempo e determinavam a área sob a curva velocidade x tempo.

Como podemos ver, este é um exemplo de como a matemática e astronomia desenvolvida pelos Babilônios esteve adiante do seu tempo.
Para quem sabe um pouquinho de inglês (não achei traduzido em português) aí vai um vídeo curtinho da Science, onde foi originalmente publicado o artigo de Ossendrijver, em janeiro de 2016.

Fontes:
http://science.sciencemag.org/content/351/6272/482

http://gizmodo.uol.com.br/calculo-astronomia-babilonia/
http://alunosonline.uol.com.br/fisica/calculo-deslocamento-partir-grafico-velocidade.html

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Um interessante experimento sobre convecção

Uma forma de transmissão do calor que ocorre geralmente nos líquidos e gases é a convecção. Ela surge quando, por algum motivo, uma região se esquenta mais e sobe, ou uma delas se esfria e desce, provocando correntes de movimentos ascendentes ou descendentes no fluido. Este efeito pode ser observado e aproveitado em diversas situações práticas. 

Em sistemas de aquecimento solar, por exemplo, se as placas coletoras estiverem em um nível abaixo do reservatório, não há necessidade de instalar bombas para que a água quente suba para ser armazenada.

Os praticantes de asa-delta ou parapente (foto), para aproveitarem ao máximo seus passeios aéreos, buscam localizar funis de correntes térmicas ascendentes. Alguns pássaros também aproveitam este fenômeno natural para ganharem maior altitude.

O experimento 
Para que meus alunos visualizassem melhor este fenômeno, decidi realizar com eles um experimento no laboratório da escola, usando um aquário preenchido com água à temperatura ambiente. Com a ajuda de um funil, um aluno despejou água quente com corante laranja no fundo do aquário. Outra aluna despejou água gelada com corante azul na superfície. Assim pudemos observar claramente a água quente subindo e a fria descendo. Vejam o vídeo que gravei:

No final, tirei uma foto do resultado que ficou bem interessante.

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