Pesquisadores liderados pelo professor Yu Guoyao, da Academia Chinesa de Ciências, desenvolveram um novo gerador termoacústico híbrido (HTAEG) com mola a gás traseira, marcando um grande avanço em pequenos e micro sistemas de energia. Esta inovação promete potência de saída ultra-elevada e excelente eficiência, especialmente adequada para aplicações de energia nuclear espacial. Este avanço foi alcançado em colaboração com o Dr. Chen Yanyan, o Sr. Suas descobertas foram publicadas na revista Cell Reports Physical Science.
A equipe do professor Yu propôs e testou um gerador termoacústico híbrido com uma mola a gás colocada após o deslocador. Este posicionamento estratégico é fundamental para superar as limitações dos designs tradicionais, que muitas vezes lutam para manter altos níveis de potência e eficiência simultaneamente. O novo design alcança potência superior e alta eficiência, demonstrando enorme potencial de produção de energia.
Os geradores termoacústicos (TAEG) convertem energia térmica em energia sonora e depois em energia elétrica. A versão híbrida utiliza massa sólida para modular o campo sonoro interno, proporcionando densidade de potência superior e eficiência termoelétrica. No entanto, aumentar para níveis de potência mais elevados tem sido um desafio difícil devido às limitações do mecanismo de força da mola.
Uma nova abordagem utilizando molas a gás montadas na parte traseira aborda eficazmente estes desafios. Ao contrário das molas planares tradicionais, as molas a gás proporcionam níveis de rigidez mais elevados, o que é fundamental para suportar o aumento da massa e do tamanho do deslocador em HTAEG de alto volume. Além disso, esse projeto minimiza o volume morto e as perdas por atrito de fluxo, aumentando assim a eficiência geral do sistema.
O professor Yu explicou a importância desta inovação: “O projeto da mola a gás montada na parte traseira reduz significativamente a complexidade estrutural e as perdas por atrito de fluxo no espaço de compressão, melhorando assim a eficiência e a produção de energia. Este projeto tem grande potencial em diversas aplicações, especialmente em sistemas de energia espaciais onde a confiabilidade e a eficiência são cruciais.”
Avaliações experimentais confirmaram o desempenho superior do protótipo. O protótipo alcançou a máxima potência elétrica e alta eficiência em diversas potências de aquecimento de entrada, demonstrando a versatilidade e robustez do projeto.
Estes resultados representam os mais altos níveis de potência alcançados para o HTAEG de pistão único e indicam um grande potencial para desenvolvimento futuro. Os pesquisadores planejam explorar ainda mais as características operacionais deste projeto, incluindo a possibilidade de desenvolver um sistema inverso com dois desses HTAEGs para mitigar as vibrações do sistema.
A abordagem inovadora do Professor Yu e dos seus colegas não só faz avançar o campo da tecnologia termoacústica, mas também abre novos caminhos para a sua aplicação no espaço e noutros ambientes agressivos. À medida que a procura global por soluções de energia eficientes e fiáveis continua a crescer, esta inovação proporciona uma solução promissora para satisfazer estas necessidades.
Referência do diário
Chen Yuanhang, Yu Guoyao, Chen Yanyan, Zhu Shunmin, Luo Jing, Sun Yanlei e Luo Ercang. “Molas a gás pós-montadas permitem potência de saída ultra-alta de geradores termoacústicos híbridos.” Cell Reports Ciência Física, 2024. doi: https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2024.101835
Sobre o autor
Yuan Hang Chen Obteve o diploma de bacharel pelo Instituto de Tecnologia de Pequim em 2020 e atualmente está cursando doutorado. Doutorando no Instituto de Tecnologia de Física e Química da Academia Chinesa de Ciências. Sua pesquisa concentra-se em sistemas termoacústicos e Stirling, especialmente geradores termoacústicos híbridos. Chen Yuanhang (chenyuanhang20@mails.ucas.ac.cn)
Guoyao Yu Ele recebeu seu diploma de bacharel pela Universidade de Zhejiang em 2003 e seu doutorado pela Universidade de Zhejiang em 2007. Ele recebeu seu doutorado pelo Instituto de Tecnologia de Física e Química da Academia Chinesa de Ciências em 2008. Atualmente é professor do Instituto de Física e Tecnologia de Química. Sua pesquisa se concentra em sistemas termoacústicos e Stirling, incluindo refrigeração e geração de energia com base em tecnologias avançadas termoacústicas e Stirling. Yu Guoyao (gyyu@mail.ipc.ac.cn)
Yan Yan Chen Ele recebeu seu diploma de bacharel pela Universidade Xi’an Jiaotong em 2003 e seu doutorado pela Universidade Xi’an Jiaotong em 2007. Ele se formou no Instituto de Tecnologia de Física e Química da Academia Chinesa de Ciências em 2008 com doutorado. Principalmente envolvido em análises complexas de fluidos e transferência de calor, projetos de engenharia e aplicações, como motores térmicos termoacústicos, turbinas bidirecionais acionadas termoacústicas, tecnologia Stirling de pistão livre de alta potência, desenvolvimento de criostatos, etc. Chen Yanyan (yychen@mail.ipc.ac.cn)
Dr. Shunmin Zhu é Marie Curie Fellow no Departamento de Engenharia da Durham University. Ele também é pesquisador do Durham Energy Institute. Dr. Zhu recebeu seu Ph.D. Obteve o título de doutor pelo Instituto de Tecnologia de Física e Química da Academia Chinesa de Ciências em 2020. Seus interesses de pesquisa incluem motores de combustão interna/externa de pistão livre e motores Stirling de pistão livre, tecnologia de geração de energia termoacústica e sistemas híbridos de energia renovável. Zhu Shunmin (shunmin.zhu@durham.ac.uk)
