Motor eletrosttico alcana a escala macro e pode chegar a 5 HP

Mecnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 23/08/2024

Motor eletrosttico de “grande porte”

Engenheiros da Universidade do Wisconsin em Madison, nos EUA, acreditam ter tudo pronto para finalmente levar ao mercado os promissores motores eletrostticos, cuja primeira verso eles apresentaram dez anos atrs – veja Novo motor transforma diretamente eletricidade em rotao.

Apesar de existirem vrios tipos diferentes de motores eltricos, dos grandes motores industriais com suas dezenas de quilowatts at o motor de um relgio de pulso, com seus microwatts, todos funcionam com base no mesmo fenmeno fsico: o eletromagnetismo. Esses motores eltricos convencionais funcionam usando um campo magntico rotativo, gerado por uma pea fixa chamada estator, que interage com o campo magntico de uma pea mvel, chamada rotor, fazendo com que esse rotor gire. A fora envolvida aqui chamada de fora de Lorentz.

Mas existem tambm os motores eletrostticos, que funcionam explorando uma fora totalmente diferente, chamada fora de Coulomb, a fora atrativa ou repulsiva entre cargas eltricas opostas ou semelhantes.

J existem motores eletrostticos h muito tempo, mas todos equipamentos em miniatura, mal alcanando a faixa dos milmetros – minsculos drones movidos a energia solar usam desses motores, assim como outros motores ultra miniaturizados, normalmente enquadrados na categoria dos MEMS (sistemas microeletromecnicos).

Agora, a equipe do professor Daniel Ludois conseguiu finalmente construir o primeiro motor eletrosttico em macroescala, uma mquina que consegue gerar 0,5 HP (360 watts), o que o torna adequado para inmeras aplicaes, da robtica e dos eletrodomsticos s mquinas industriais de menor porte.

Estrutura interna do motor eletrosttico.
[Imagem: Baoyun Ge et al. – 10.1109/TIA.2018.2871886]

Como funciona um motor eletrosttico

Um motor eletrosttico no precisa de enrolamentos de cobre e nem de ms. Sem dependncia de elementos raros e caros, isso permite sua fabricao a um custo baixo. E, com menos peas, ele exige menos manuteno.

Fabric-los grandes, contudo, uma tarefa inglria porque a fora eletrosttica funciona melhor conforme as dimenses diminuem; por outro lado, quanto maior o motor, maior a vantagem do eletromagnetismo.

Para vencer o desafio, a equipe usou discos de materiais no condutores, sobre os quais so depositados fios muito finos e bem espaados, que tm como funo irradiar a fora para fora do centro do disco, como raios em uma roda de bicicleta. Aplicando-se cargas eletrostticas precisamente cronometradas a esses raios criam-se duas ondas de energia, uma no estator e outra no rotor, gerando uma sequncia de atrao e repulso entre os raios e fazendo o motor girar.

A diferena de fase entre as duas ondas de energia controlada para maximizar o torque no rotor. E, para conseguir extrair torque suficiente para aplicaes prticas, o motor eletrosttico tem seis conjuntos de rotores e estatores, alternados e empilhados.

O espaamento entre discos rotores e estatores preenchido com um fluido orgnico desenvolvido pela equipe.
[Imagem: Baoyun Ge et al. – 10.1109/TIA.2018.2871886]

Hiato de ar

Outro grande problema dos motores eletrostticos , por assim dizer, o ar, o espao interno do motor, que representa a separao entre as placas que devem se atrair e repelir para fazer o motor funcionar. A separao fica maior conforme o motor cresce, o que significa que a densidade de energia do motor eletrosttico ser muito menor do que a de um motor eltrico comum.

Para superar esse “hiato de ar”, a equipe eliminou o ar, trocando-o por um fluido orgnico de baixa viscosidade e uma permissividade cerca de 20 vezes maior do que a do ar – permissividade a capacidade de se polarizar em resposta a um campo eltrico. Um dieltrico com alta permissividade concentra o campo eltrico entre os eletrodos com cargas opostas, permitindo que mais energia seja armazenada no espao entre eles.

Mantido o ar, o motor dificilmente teria uma utilidade prtica. Com o novo dieltrico lquido, o prottipo gera at 18 newton metros de torque.

Para criar os campos eltricos intensos entre os discos rotores e estatores – cerca de 2.000 volts – a equipe lanou mo de uma eletrnica de potncia disponvel comercialmente, mas afirma estar de olho em avanos no campo, que prometem resultados ainda melhores para o motor no futuro prximo. A equipe j est trabalhando em uma verso de motor eletrosttico de 1 HP (750 watts), mas acredita ser possvel chegar aos 5 HP. Eles tambm fundaram uma empresa, a C-Motive Technologies, para comercializar seus motores.

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