Uma forma alternativa e eficiente de geração de energia elétrica

20/11/2003 16:46 – Existem no mundo poucas máquinas do tipo Tokamaks Esféricos, destes, um aqui no Brasil. O Tokamak ETE (Experimento Tokamak Esférico) que está em funcionamento desde novembro de 2000 no Laboratório de Plasma (LAP) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), em São José dos Campos (SP), é uma destas máquinas.

Este tipo de equipamento está passando por uma série de aperfeiçoamentos para que, em um futuro próximo, torne-se uma fonte alternativa e eficiente de geração de energia elétrica. O principal objetivo do Tokamak ETE é o estudo da engenharia de fusão com confinamento magnético do plasma em uma configuração propícia para a construção de futuros reatores compactos.

Neste processo de geração de energia é preciso que a matéria esteja em um estado físico conhecido como plasma. No plasma de fusão nuclear existe a possibilidade de fundir átomos leves do hidrogênio e, assim, gerar energia para produzir calor. Este calor poderá ser retirado através de trocadores de calor (conjunto de tubos por onde passa um fluido refrigerante) e transportado para geradores convencionais que produzem a energia elétrica (a figura mostra futuro reator).

Segundo Luis Filipe Wiltgen Barbosa, doutor pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), autor da tese “Estudo de um sistema inteligente para o controle de posição do plasma no Tokamak ETE”, “é imprescindível dizer que para este processo seriam utilizados inicialmente dois tipos de reagentes – deutério extraído da água do mar e trítio, radioativo, obtido através do lítio (ambos isótopos do hidrogênio) – que formam o hélio 4 substância que pode ser liberada na natureza, ou seja, energia limpa, não agressiva ao meio ambiente”.

Hoje já existem máquinas do tipo tokamak que geram energia por fusão (Joint European Torus, JET, no Reino Unido). No entanto, estas máquinas não são reatores de fusão, pois ainda consomem mais energia do que é gerada por fusão. É fácil perceber que o processo de produção de energia elétrica com a fusão é muito mais eficiente do que os processos atuais (a figura mostra a comparação da quantidade de combustível necessária para produzir 1 GW de energia), mas isto implica em uma grande complexidade no projeto e construção deste tipo de reator.

Reações de fusão obtidas através de altas temperaturas são chamadas de Reações Termonucleares. A temperatura necessária é da ordem de 100 milhões de graus Celsius. O plasma a esta temperatura não pode entrar em contato com a máquina. Desta forma, é necessário utilizar uma câmara de vácuo e campos magnéticos intensos. Os campos magnéticos são obtidos através bobinas, que geram e confinam o plasma em uma determinada região de operação, sem contato físico com as estruturas do tokamak, flutuando no vácuo. Durante este tempo, o plasma deve se manter em equilíbrio (dentro da região de operação) para que possa produzir reações nucleares.

Sabendo que o plasma se movimenta, ou seja, sai da região de equilíbrio mesmo quando está confinado por campos magnéticos, Filipe desenvolveu o sistema de Levitação Magnética, o MagLev, que permitiu estudar de forma controlada e simples o comportamento não-linear deste dispositivo. Dentro de certos parâmetros pode ser considerado similar ao que ocorre com o plasma no Tokamak ETE.

No ETE, assim como no MagLev, é preciso utilizar um sistema de controle eficiente para manter o plasma (ETE) ou a esfera metálica (MagLev) em equilíbrio. “A pesquisa realizada nesta tese, em particular, diz respeito à proposição de um sistema para controlar o deslocamento vertical do plasma no ETE utilizando controladores inteligentes, procurando tornar os disparos nesta máquina mais estáveis, visando também, sua utilização em futuros reatores”.

O MagLev foi projetado, construído e modelado computacionalmente para comparar o desempenho dos controladores clássicos (Proporcional Integral Derivativo – PID) e inteligentes (Redes Neurais Artificiais), que poderão ser adotados como uma solução para o controle do deslocamento do plasma no ETE. Os resultados obtidos nesta pesquisa mostram-se bastante promissores para a utilização dos controladores inteligentes, tanto no Tokamak ETE como em outras aplicações de controle.

Luis Filipe de Faria Wiltgen Barbosa

Graduação – Universidade de Taubaté (Unitau), 1994, curso de Engenharia Elétrica.

Iniciação Científica – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), 1994, "Projeto e Análise dos Circuitos de Produção de Campo Magnético Toroidal e de Formação do Plasma do Tokamak ETE", bolsa de estudos da FAPESP. Orientador: Prof. Dr. Edson Del Bosco (INPE/LAP).

Mestrado – Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), 1998, tese “Sistema Elétrico Pulsado com Controle Digital do Tokamak ETE”, bolsa de estudos da FAPESP. Orientador: Prof. Dr. Edson Del Bosco (INPE/LAP).

Doutorado – Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), 2003, tese “Estudo de um Sistema Inteligente para o Controle de Posição do Plasma no Tokamak ETE”, bolsa de estudos da FAPESP. Orientadores: Prof. Dr. Gerson Otto Ludwig (INPE/LAP) e Prof. Dr. Cairo L. Nascimento Jr. (ITA).

Regina França – Assessoria de Imprensa do ITA