Uma tecnologia capaz de solucionar a problemática do escoamento de gases na indústria
A Agência USP de Inovação desenvolveu um método de monitoramento de escoamento de bolhas em um eletrolisador, a partir da visualização de imagens de sombras relacionadas no tempo e segmentação de intensidade
Jornal da USPA transformação de energia elétrica em sua forma química é chamada de eletrólise, no entanto, ela é dependente de um gerador de corrente contínua, ou seja, não é espontânea. Esse método é dividido em dois: eletrólise ígnea, decorrente do processo de fusão, por exemplo no derretimento do NaCl (Cloreto de Sódio); e a eletrólise aquosa, na qual a água é utilizada como solvente — como curiosidade, vale mencionar que esse procedimento é inverso ao fenômeno existente na pilha, o qual produz eletricidade por meio da energia química, de forma espontânea.
Dessa forma, o eletrolisador é um dispositivo responsável por quebrar a molécula de água (H20) em hidrogênio e oxigênio ao fazer uso intensivo de energia elétrica e, consequentemente, produz gases que são arrastados para a saída do equipamento. Assim, é fabricado o “hidrogênio verde”, isto é, um hidrogênio feito de forma sustentável, sem a emissão de gases poluentes, que é muito visado para o setor energético atual, visto sua importância para o futuro da sustentabilidade. Mas e quando o produto principal da indústria não são os gases?
Monitoramento de bolhas
Em equipamentos industriais é muito comum a utilização de instrumentos para a observação das bolhas produzidas por meio da análise de imagens, contudo, quando há elevada concentração de gases, esses aparelhos costumam não ser muito eficientes. Com o objetivo de solucionar esse problema, pesquisadores da Escola Politécnica (Poli) da USP desenvolveram, em conjunto à Agência USP de Inovação (Auspin), um método de monitoramento de escoamento de bolhas em um eletrolisador, a partir da visualização de imagens de sombras relacionadas no tempo e segmentação de intensidade.
“A patente é utilizada para analisar um reator que produz hidrogênio e oxigênio a partir da água. Nesses reatores, você tem que garantir que os produtos, quando produzidos em ambiente diferente, saiam de forma isolada, ou seja, não se misturem entre si”, explica Rodrigo Amaral, pós-doutorando em Engenharia Mecânica pela USP. É importante que seja observado o desempenho da geração e do escoamento desses gases e, ao analisar as tecnologias existentes, os especialistas identificaram que a falha destas se encontra na identificação individual das bolhas nos casos de alta concentração — não conseguem acompanhar bolha a bolha.
Tecnologia inovadora
De acordo com Amaral, o método inventado por eles utiliza a diferença entre imagens deslocadas no tempo, isto é, por meio de uma gravação em alta frequência é analisada a evolução temporal dos gases e, com isso, as capturas são subtraídas de acordo com suas diferenças de intervalo e intensidade. “Esse padrão de intensidade é justamente causado pelo deslocamento das bolhas: onde possui essa amostra, possui bolhas; onde não existe, não tem bolhas”, e, segundo ele, em decorrência dessa novidade, o tempo de resposta dessa nova tecnologia é menor em comparação com as existentes no mercado.
“A patente foi desenvolvida para eletrolisadores, mas serve para qualquer outro processo industrial que seja preciso saber para onde as bolhas estão indo, quanto possui ou se vai para um lado ou para outro”, complementa o mestre em Engenharia Mecânica pela USP, Vitor Bertolin. Ela pode ser aplicada em diversos cenários da indústria, como na nuclear, petroquímica e alimentícia — por exemplo, no processo de fermentação: “Em qualquer reação química ou biológica, em um fluido que produza gases, o método vai funcionar”, descreve Bernardo Lemos, doutor pela Poli/USP.
Vale apontar que, desde a década dos anos 1990, foram desenvolvidas diferentes tecnologias que buscavam encontrar uma solução para a problemática da identificação individual dos gases. Amaral conta que, até o momento, a resolução desenvolvida mais satisfatória é baseada no treinamento de uma inteligência artificial que realize esse procedimento individualmente: “Por esse caminho, além do custo computacional elevado, existe também o valor associado ao treinamento dessa IA, que é muito complexo e exige muitos dados. Nossa patente não necessita de um robô nem de uma biblioteca de dados, precisa apenas de uma imagem com alta frequência”.
Em resumo, essa nova patente é simples, possui um software comercial (Matlab), um baixo custo computacional e de armazenamento e pode ser aplicado em diversos contextos — tudo isso torna o dispositivo de fácil acesso.
Segundo Rodrigo Amaral, o único entrave encontrado pela tecnologia é quando há a presença de partes móveis misturadas com as bolhas nas imagens capturadas, por exemplo, uma turbina ou uma pá: “No monitoramento de computação visual, essa pá não pode se mexer. Ela até pode movimentar na realidade, mas na imagem isso não pode ser capturado”.
Da banca para o mercado
Os pesquisadores destacam que o dispositivo está pronto, após a realização de testes em eletrolisadores, mas ainda não foi disponibilizado ao cliente final devido a dúvidas referentes a seguir ou não seu aprimoramento, e isso decorre da ausência de parceiros — que impacta o desenvolvimento, por conta da dificuldade de encontrar solução para as falhas existentes. “A gente, como grupo de pesquisa, está sempre trabalhando na ideia de produzir bastante, devolver para as pessoas o investimento que nós recebemos na ciência, porque ela é diretamente financiada pelo honorário público. Então, a gente tem essa responsabilidade de dar o nosso melhor para retribuir”, afirma Vitor Bertolin.
Para finalizar, Bertolin ressalta o grande potencial da patente: “Apesar de ter sido desenvolvida em um contexto industrial restrito, que é o caso direto dos eletrolisadores, ela tem aplicação em inúmeros setores e nós temos certeza que as pessoas vão encontrar ainda mais aplicações que nós nem sequer imaginamos, devido a esse baixo custo, fácil implementação e flexibilidade”.