Criado por Yurimiler Ruiz, protótipo alia tecnologia e sustentabilidade para alimentação de sensores adaptados à realidade da Amazônia. Foto: Ayrton Lopes/Fapeam

O professor de Física da Universidade Federal do Amazonas (Ufam), Yurimiler Leyet Ruiz, é responsável por um invento que atualiza o conceito de microgeração energética ao aliar tecnologia e sustentabilidade em equipamentos mais baratos e mais eficientes para alimentação dos sistemas de sensoriamento remoto adaptados à realidade da região amazônica.

“Microgeradores piezoelétricos são dispositivos capazes de transformar movimentos ou vibrações mecânicas em energia elétrica. Eles funcionam a partir de materiais especiais, chamados piezoelétricos, que geram eletricidade quando são pressionados, dobrados ou vibrados”, explica o professor.

Até hoje, os sensores de monitoramento ambiental em áreas remotas da Amazônia têm sido alimentados por dois meios tradicionais: as baterias convencionais e os painéis solares. A dificuldade de acesso e a baixa incidência de luz nas áreas cobertas pela floresta limitam a eficiência de ambas as fontes.

Esse é o problema que a equipe de pesquisadores busca solucionar ao propor o uso de tecnologias de conversão de energia adaptadas ao ambiente amazônico, capazes de aproveitar fontes locais, como as vibrações mecânicas naturais.

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Além de sustentável, o protótipo criado sob a liderança do professor Yurimiler Ruiz – microgeradores construídos com materiais livres de chumbo – suporta a umidade da floresta tropical. Segundo o coordenador do projeto, a equipe desenvolveu sínteses químicas específicas para o contexto desta região.

“Combinando cerâmicas de titanato de bário e polímeros flexíveis (PVDF), criamos microgeradores adequados às condições de alta umidade, à difícil manutenção e à operação contínua”, detalha o pesquisador ao citar o emprego da sonoquímica, uma técnica que consiste em aplicar ondas de ultrassom para induzir, acelerar ou modificar reações químicas e processos físicos em materiais líquidos.

Os “microgeradores flexíveis” resultam da combinação entre cerâmica e polímeros e foram idealizados para aproveitar vibrações naturais do ambiente amazônico, como o vento, a chuva e os pequenos movimentos estruturais. A energia produzida por eles é usada para alimentar os sensores ambientais, dispositivos pequenos e de baixo consumo, o que acaba eliminando a necessidade da troca frequente de baterias nos locais de difícil acesso da região.

Microgeradores de baixo custo

“A pesquisa concentrou-se em criar e aprimorar protótipos de microgeradores piezoelétricos, responsáveis pela conversão de energia mecânica do ambiente em energia elétrica. Eles foram pensados para ser acoplados a sensores de monitoramento remoto já existentes, funcionando como uma fonte de alimentação alternativa e sustentável”, esclarece o coordenador do projeto.

Nesse sentido, os microgeradores apresentam um conjunto de vantagens em relação às clássicas tecnologias de alimentação utilizadas para energizar esses sistemas.

Em primeiro lugar está a adaptação ao ambiente amazônico. Isso porque, diferentemente dos produtos comerciais projetados para atuar em locais controlados ou urbanos, o equipamento foi desenvolvido para operar em condições extremas de umidade e acessibilidade, características típicas da Amazônia.

Outro avanço está nos materiais usados para construir o aparelho, que não apresenta chumbo em sua constituição e elimina a toxicidade ainda presente nos geradores comercializados hoje.

“Componentes poliméricos e cerâmicos sem chumbo reduzem os riscos ambientais e tornam essa tecnologia segura para uso em áreas de floresta ou em reservas naturais”, preservando a biodiversidade nesses locais, conforme assegurado pelo pesquisador Yurimiler Ruiz.

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Ainda segundo ele, outros dois diferenciais envolvem a resistência dos microgeradores e o baixo custo de produção. “Ao combinar cerâmicas piezoelétricas com polímeros flexíveis, temos um dispositivo menos quebradiço e mais resistente a vibrações contínuas e deformações, diferente de microgeradores cerâmicos tradicionais – que são rígidos e frágeis”, aponta o coordenador do projeto, ao sustentar que, de um lado, essa fragilidade reduz a vida útil dos microgeradores, de outro, requer mais manutenção.

“[…] Os materiais desenvolvidos para os microgeradores devem ser vistos como uma tecnologia habilitadora, com potencial de integração a diferentes sistemas de geração e de uso de energia. Outro ponto importante é o papel da formação de pessoas. O projeto permitiu capacitar estudantes e jovens pesquisadores em técnicas avançadas de síntese, caracterização e desenvolvimento de dispositivos […]”, enfatiza o pesquisador Yurimiler Ruiz.

De fato, a equipe agrega cientistas de diversos níveis formativos, de graduandos a doutores, e alarga a fronteira da pesquisa aplicada nas áreas de engenharia e de ciência dos materiais.

Do ponto de vista financeiro, o novo dispositivo pode ser produzido a um custo menor.  Tanto os materiais quanto os processos empregados ajudam a reduzir os custos fabris e abrem a possibilidade de fabricação local ou nacional. Nesse contexto, é possível produzir em larga escala e, como ganho decorrente, reduzir a dependência de tecnologias importadas – que acabam sendo mais caras, pouco eficientes e não sustentáveis na comparação com o invento.

“Em relação ao custo do equipamento, a expectativa é que os microgeradores apresentem baixo custo unitário, pois utilizam materiais relativamente acessíveis, processos de fabricação simples e não dependem de componentes críticos importados. Esperamos que o preço seja significativamente inferior ao daquelas tecnologias comerciais atualmente utilizadas no sensoriamento remoto”, sintetiza o coordenador quanto ao aspecto econômico.

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Para esta fase de execução experimental, o projeto recebeu financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Amazonas (Fapeam), além do auxílio indireto de outras entidades. “De forma indireta, o apoio de outras agências de fomento nacionais, especialmente a Capes [Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior] e o CNPq [Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico] permitiu o pagamento de bolsas para alguns dos pesquisadores e estudantes envolvidos”, menciona o coordenador.

Aplicações ambientais e sociais

A alternativa tem o objetivo mais amplo de melhorar as condições de vida de comunidades isoladas, especialmente em regiões da Amazônia, onde o acesso à energia elétrica é limitado ou inexistente. De modo específico, a equipe já prevê quatro áreas de aplicação para o sistema autônomo criado na Ufam: em estruturas de monitoramento ambiental e territorial; para energizar dispositivos pequenos e de baixa potência (iluminação de emergência, sistemas de alerta, equipamentos de comunicação básica e aparelhos de monitoramento comunitário); para apoiar soluções descentralizadas e complementares a fontes renováveis, como a solar ou a eólica, aumentando a autonomia energética local; e, ainda, em aplicações comunitárias, onde pequenas quantidades de energia podem gerar impacto social significativo, a exemplo das escolas rurais e dos postos de saúde isolados.

O protótipo já foi submetido a testes em ambiente controlado de laboratório, etapas nas quais o grupo

conseguiu validar a capacidade de conversão de energia mecânica em energia elétrica. Testes em campo, diretamente em comunidades ou áreas remotas, estão no planejamento.

O aprimoramento do microgerador inclui ensaios em condições reais de uso, momento em que serão avaliados outros aspectos, como o desempenho técnico, o impacto social e a contribuição efetiva para a melhoria da qualidade de vida de populações amazônicas isoladas. As próximas fases envolvem o aprimoramento dos protótipos, a realização de testes em campo, a transferência de tecnologia e uma eventual produção escalada.

“De forma simplificada, o avanço está em transformar a ideia de microgeradores já conhecida em uma tecnologia mais sustentável, flexível, ambientalmente segura e adequada à realidade amazônica, com potencial para tornar sistemas de sensoriamento remoto mais autossuficientes e confiáveis em regiões onde as soluções tradicionais falham”, resume o professor Yurimiler Ruiz.

“Este projeto vai além do desenvolvimento de um protótipo específico. Ele representa a construção de uma base científica e tecnológica local, pensada a partir da realidade amazônica e voltada para soluções sustentáveis, seguras e socialmente responsáveis”, arremata ele.

*Com informações da Ufam