O Plano de Trabalho de Iniciação Científica - CNPQ

UNIVERSIDADE ESTADUAL DA FORDILÂNDIA   INSTITUTO DE UFOLOGIA

   FULANO CICRANO DA SILVA

Título do Trabalho

Projeto de pesquisa a ser desenvolvido junto a Instituto X e ao Departamento de Fenomenologia Cósmica, do Instituto Y, apresentado ao CNPQ para a solicitação de bolsa de Iniciação Científica.

Orientador Responsável: Professor Doutor Tibúrcio Rattim Bhum

   

                                                                  Fordilândia                

                                                                             2023

1. Resumo

Este trabalho propõe o desenvolvimento de geradores higroelétricos de alta tensão aplicáveis a diferentes usos, tais como filtragem eletrostática e indução de cristalização e condensação. Para tal, serão modificadas baterias de células higroelétricas montadas anteriormente no laboratório, as quais serão monitoradas em tempo real. Modificações no formato, isolamento elétrico do sistema e materiais utilizados nos  eletrodos serão exploradas para maximizar a tensão e potência obtidas..

Palavras-chave: higroeletricidade, geração autônoma, geradores de alta tensão, célula higroelétrica, partição de íons, water-splitting.

1. Antecedentes/Introdução

A higroeletricidade consiste na produção de corrente elétrica entre dois condutores diferentes expostos à umidade atmosférica. Esse fenômeno torna possível captar energia elétrica da atmosfera ou de qualquer sólido ou líquido que contenha água, em qualquer estado físico ou em mistura com outras substâncias. A higroeletricidade foi descoberta neste grupo em 2XXX, e já foi verificada por muitos grupos de pesquisa, em outros países.

No atual estágio de desenvolvimento da higroeletricidade competem várias explicações do fenômeno, propostas por diferentes grupos de pesquisa. Os resultados empíricos obtidos neste laboratório (decorrentes de alterações nos desenhos e protocolos de operação das células) concordam em grande medida com a hipótese de trabalho desse grupo, a qual consiste em teorizar uma célula higroelétrica como um capacitor assimétrico: na superfície de cada uma dos eletrodos, ocorre partição diferencial de íons H₃O⁺ e OH‑, promovendo uma ddp, o que por sua vez favorece reações de water-splitting (oxidação da hidroxila e redução do hidrônio), gerando corrente elétrica. Diversas possibilidades de aplicação surgem a partir de diferentes designs de células higroelétricas, sendo que uma das mais recentes consiste em seu uso como geradores de alta tensão.

4. Justificativa

Geradores de alta tensão podem ser utilizados como fontes de campo elétrico, os quais são aplicados sobre distintos processos físico-químicos de forma a orientá-los, tanto em escala produtiva, quanto em ambientes comerciais e domésticos.

Dentre essas aplicações, a filtragem eletrostática é uma aplicação estabelecida e consiste na captação de impurezas e material particulado de um influxo de gás ou aerossol; as partículas em suspensão são induzidas eletrostaticamente, captadas pelas fontes do campo e então coletadas. Industrialmente, os filtros são utilizados no tratamento de resíduos, na prevenção de incêndios causados por partículas em suspensão e também na esterilização de câmaras. Cotidianamente, seu principal uso consiste na esterilização do ar ambiente; uso este que tem se tornado mais frequente em diversos ambientes públicos, tenha-se em vista os recentes efeitos da Pandemia de COVID-19. Consequentemente, o prospecto de utilizar módulos higroelétricos de alta tensão como filtros eletrostáticos se torna muito promissora.

Dentre outros exemplos de aplicação, na engenharia biomédica o desenvolvimento de tecidos sintéticos demanda sínteses poliméricas com alto grau de precisão. Este resultado pode ser alcançado mediante polimerização induzida por um campo elétrico, do que decorre uma outra possibilidade de aplicação de geradores higroelétricos de alta tensão.

5. Objetivos

5.1 Objetivos Gerais

O objetivo deste projeto consiste na montagem de um protótipo de geração  higroelétrico  capaz de alcançar valores de voltagem convenientes, estáveis e seguros para operação como geradores de alta tensão úteis a aplicações cotidianas e produtivas, tais como a esterilização de ambientes e cristalização de polímeros.

5.2 Objetivos Específicos

Os objetivos específicos consistem em otimizar a montagem de baterias de séries higroelétricas, de forma a obter altas tensões.

6. Metodologia e Planejamento

        6.1. Metodologia

Cada célula é composta de dois eletrodos, entre os quais o contato é iônico; entre cada célula da série, o contato é eletrônico. De forma a aprimorar tais contatos, serão monitoradas as tensões dos terminais, resistência de contato e resistência interna de uma montagem, bem como o pH em seus eletrodos. Com base nos resultados, diversas modificações de formato e superfície dos eletrodos poderão ser promovidas, tais como: mudanças no corte, imersão ou pintura com resinas isolante e esmaltes condutores, deposição de catalisadores, dentre outros. Os valores de potencial serão monitorados nos terminais da associação por meio de sensores potenciométricos que consistirão em pequenas chapas metálicas, as quais comprimirão a bateria de células e serão conectadas a uma placa de aquisição de dados Arduino, produzindo séries temporais. Todos os resultados adquiridos serão armazenados em uma planilha, em tempo real, ficando disponíveis para análise e cálculos. A segurança e estabilidade dos sistemas será analisada em condições ambientais controladas, por meio teste de carga com resistores associados ao circuito.