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Investigação tenta acabar com perdas energéticas

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Investigação tenta acabar com perdas energéticas

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As perdas de água são mais visíveis do que as perdas de energia, mas os aparelhos eletrónicos consomem energia mesmo quando parecem apagados. Uma parte da nossa fatura energética é desperdiçada, porque os microchips existentes não são muito eficientes, mas podemos cortar na fatura com, por exemplo, um ar condicionado mais inteligente.

No centro para a construção sustentável, em Kassel, a climatização é controlada por um algoritmo de computador de poupança de energia. O sistema analisa previsões meteorológicas para determinar quando é melhor ligar ou desligar o ar condicionado. Também poupa energia, pois utiliza ventilação natural e energia solar, sempre que possível.

“Suponhamos que temos este edifício e que há vento forte. Sabemos que alguns compartimentos vão ser refrescados mais facilmente, porque há mais perdas para o exterior. Portanto, o nosso sistema consegue prever que aquela determinada divisão ou zona particular vai ter mais necessidades energéticas no futuro próximo e começar a otimizar, através do pré-resfriamento e do pré-aquecimento dessa divisão, usando, se disponível, energia fotovoltaica”, explica Dimitrios Rovas, professor assistente de Termodinâmica na Universidade de Creta.

O sistema trata de cada divisão individualmente, usando sensores que medem a temperatura, a humidade, os níveis de CO2 e o número de pessoas presentes. Também sabe que salas vão ser ocupadas e quando. Com base nisto, assegura suficiente conforto com um custo mínimo de energia.

Este algoritmo inteligente foi desenvolvido no âmbito de um projeto europeu financiado, que reuniu investigadores de cinco países.

“O que fazemos neste edifício é simular centenas de diferentes possibilidades, com base nas previsões de temperatura e irradiação para o dia seguinte; e com isso criamos uma estratégia para o edifício que vai poupar energia e proporcionar mais conforto aos utilizadores”, diz Juan Santiago, investigador sénior em energias renováveis e integração de tecnologia do FIBP.

O software de simulação corre numa rede de nuvem, deixando as operações para aparelhos simples.

“O que temos é um pequeno computador como este, que é capaz de gerir todo o edifício. Recebe um sinal da nuvem e envia-o para o edifício, para, por exemplo, baixar um estore”, afirma Juan Santiago.

Os utilizadores podem interagir com o sistema através de uma interface web nos tablets sem fios ou nos smartphones, caso precisem de controlar algo manualmente, ou apenas verificar as indicações do sensor em qualquer altura.

Executando algoritmos semelhantes numa escala maior, o centro de investigação de energia, na Universidade de Aachen, opera como um refrigerador gigante. Para manter a temperatura certa nos escritórios multifuncionais, salas de conferências e laboratórios, utiliza reservas energéticas colocadas no subsolo.

“Aqui temos 16 furos permutadores de calor , com uma profundidade de 100 metros. Estamos a bombear água quente para o subsolo e a extrair água fria, com uma taxa de variação de 4 graus Celsius”, explica Alex Michalski, estudante de doutorado em energia geotérmica da RWTH Aachen.

O campo geotérmico, os painéis solares e até o excesso de calor das salas de servidores fornecem alguma energia útil para o sistema de climatização interior. O software informático utiliza todas as fontes disponíveis para otimizar a temperatura da água que corre nas canalizações dos tetos.

“Depois de a bomba de calor arrefecer a água ou aquecê-la, distribui-a pelo edifício, através dos canos no teto de betão. E o que o sistema de software faz é dizer à bomba de calor que temperatura esta água deve ter”, diz Ana Constantin, investigadora assistente em substituição de calores e simulação da RWTH Aachen.

Uma casa inteligente que antecipa as mudanças meteorológicas e de forma inteligente ajusta o aquecimento às necessidades dos utilizadores pode começar a poupar energia num futuro próximo.

“O edifício vai adaptar-se aos seus hábitos – quando chega a casa do trabalho, quando sai – ele adapta o sistema de aquecimento para pré-aquecer ou pré-arrefecer o edifício, poupando energia e, consequentemente, dinheiro, e aumentando o conforto térmico”, sublinha Johannes Fuetterer, investigador assistente em otimização em estratégias de controlo climático da RWTH Aachen.

Outro projecto europeu combate os chamados vampiros de energia: todos os aparelhos eletrónicos, dos telemóveis aos supercomputadores, gastam energia mesmo no modo de poupança. Na Europa, a perda de energia em standby é equivalente ao consumo de energia de três países juntos: Áustria, República Checa e Portugal.

“Um dos problemas que temos é que os transístores hoje – e os transístores são um bloco de construção de todos os circuitos eletrónicos – são aparelhos com fugas. Isso significa que mesmo quando não estão a funcionar, continuam a gastar energia. Portanto, imensa energia é perdida sem ser usada para alguma coisa. E estamos a trabalhar num novo tipo de transístores chamado ‘efeito de túnel’ que pode vir a resolver este problema. Isto significa que gastam menos energia quando não estão a ser usados, consomem menos energia e podemos reduzir a energia dos circuitos electrónicos feitos com estes aparelhos, em comparação com os aparelhos tradicionais”, realça Kirsten Moselund, cientista em nanoeletrónica da IBM Research Zurich.

Um transístor funciona como uma torneira, que permite o fluxo da corrente. Prevê-se que a nova geração de transístores de efeito de túnel exija muito menos voltagem para máxima eficiência. O desafio para os cientistas hoje é combinar, com sucesso, silício, silício-germânio e nanofios semicondutores.

“Pomos esta wafer de silício dentro deste reator ali atrás e, depois, desenvolvemos nanofios nesta wafer de silício e ao usar esta estrutura, a combinação destes dois materiais, podemos, então, fazer um novo tipo de transístor, que permite operações de baixo consumo, mantendo a mesma velocidade como transístores modernos”, diz Mattias Borg, cientista da IBM Research Zurich.

O objetivo é reduzir o consumo de energia dos chips dos computadores em 90% e virtualmente para zero no modo de stand-by.

Com esta eficiência, muitos aparelhos não vão necessitar de carregamento. Vão simplesmente captar a energia necessária do ambiente. Aparelhos auto-alimentados finos e flexíveis podem revolucionar campos como a saúde, a segurança ou as comunicações.

“Um resultado interessante é que a combinação de eletrónica de baixo consumo com tecnologia de substrato flexível e a captação de energia, que pode ser integrada em conjunto, pode resultar num ‘sistema autónomo’ que permite um novo tipo de aplicação em objetos inteligentes da vida quotidiana – como um sistema usável, como um objeto no nosso ambiente que pode incluir um conjunto de funcionalidades que podemos usar, de forma a termos uma vida melhor, uma melhor interação com o nosso ambiente”, Adrian Ionescu, coordenador do projeto STEEPER.

Para já, com a investigação em desenvolvimento, é difícil dizer quando a próxima geração de transístores vai estar pronta para a produção industrial. Alguns cientistas estimam que vai demorar outros 15-20 anos para parar as perdas de energia.

http://www.pebble-fp7.eu/
http://www.steeper-project.org/