(Célula de Radioisótopo para o gerador RTG aquecida a 400ºC)
Hoje iremos discutir sobre os diferentes tipos de geradores de energia elétrica (essencial para a vida no espaço), que estarão disponíveis à bordo da A.R.C.A.
As principais fontes de energia são:
O sistema de geração de energia por célula de combustível de óxido sólido (SOFC)
Geradores termoelétricos de radioisótopo quente (RTG)
Geradores de energia por célula de combustível alcalina (AFC)
Painéis solares externos
Vamos discutí-los um a um, assim como sua viabilidade de uso no espaço.
Sistema de Geração de Energia SOFC
O sistema de célula de energia SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) é um sistema de conversão de energia eletroquímica que produz eletricidade diretamente a partir da oxidação de um combustível. O sistema SOFC utiliza óxido sólido ou uma cerâmica especial como eletrólito, não necessitando assim de platina (que dificilmente seria encontrada no espaço) a ser utilizada como catalizador. Como diferencial (que gera vantagens adicionais quando em uso na A.R.C.A)o sistema funciona a altas temperaturas (de 500ºC a 1000ºC), o que faz com que além de energia elétrica gerada diretamente, aproveite-se a energia convertida do calor através de sistemas termoelétricos (termopares), e aproveita-se o calor excedende para aquecer as partes internas da nave, assim como, prover água quente necessária a várias coisas no interior da A.R.C.A.
Esquema de funcionamento de uma célula de combustível SOFC
Como pode-se ver no esquema de funcionamento, a célula de combustível converte o hidrogênio (H²) e o oxigênio (O²) em água (H²O). Os combustíveis a serem utilizados podem ser Hidrogênio Gasoso (H²), Metano (CH4), Metanol (CH³OH) e Etanol (CH³CH²OH), todos estes combustíveis podem ser encontrados (alguns com relativa facilidade) no espaço ou produzidos dentro da A.R.C.A (como o metano e o metanol). A célula de energia SOFC a ser utilizada na ARCA deverá possuir capacidade de 50MW a 100MW.
Este tipo de equipamento já existe inclusive comercialmente. Caso sejam utilizadas células de 100MW, serão utilizadas 6. Uma em cada seção rotativa da nave (células habitacionais/laboratoriais) e duas na seção de engenharia.
Modelo comercial de célula de combustível de 50MW
Estas células de combustível serão responsáveis pela alimentação dos motores FTL, assim como sistemas de defesa primários e suporte primário de vida.
Geradores termoelétricos de radioisótopo quente (RTG)
Esquema interno de uma RTG
Os sistemas RTG (radioisotope thermoelectric generator) também conhecidos como pilhas SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power) compõem os sistemas secundários de geração de energia da nave. A pilha RTG funciona através do calor gerado pelo decaimento radioativo (que esquenta bastante) de algum material nuclear (preferencialmente Urânio U238) que é transferido a um termopar e neste é gerada a energia elétrica.
Exemplo de um RTG que foi utilizado na sonda New Horizons
Normalmente, quando utilizado em sondas, o RTG libera o calor excedente para o espaço, porém na A.R.C.A. esse calor será utilizado para aquecer partes externas (antenas, motores elétricos, sensores e etc), e o que sobrar será utilzado no aquecimento interno. As RTG's tem como vantagem, não necessitar de recarga de combustível por um longo tempo (longo mesmo!! Às vezes 20 ou 30 anos).
Uma RTG de 500W no espaço, na missão Apollo 14
Normalmente, uma RTG tem uma baixa capacidade de energia e não pode ser utilizada para alimentar os motores FTL nem sistemas de armas, porém são capazes de manter o suporte de vida funcionando bem, com exceção dos motores de giro gravitacional (ou seja, em caso de falha dos outros sistemas, os ambientes habitacionais da A.R.C.A. ficariam sem gravidade artificial)
As RTG's também gerariam energia suficiente para alimentar a partida dos geradores principais (SOFC)
Ao todo, pelo projeto, devido à capacidade máxima de 300W de cada RTG, teremos 50 RTG's na A.R.C.A., sendo 10 em cada seção giratória e mais 10 na seção de engenharia.
Geradores de energia por célula de combustível alcalina (AFC)
Sistema comercial de célula de energia AFC
As células AFC formam o sistema terciário de produção de energia, são os geradores de força que estarão em maior número na nave, pois cada unidade habitacional (SleepBox), terá a sua, para geração de energia para a unidade, assim como produção de calor e água potável. São estimadas 50.000 delas na A.R.C.A.
As células de energia AFC diferem muito das SOFC, principalmente pelo tamanho e temperatura de funcionamento, porém, a capacidade de produção de energia (embora alta), é reduzida em relação às células SOFC e se encontram aproximadamente em unidades de 50KW, que embora sejam complexas, são compactas e tem um custo relativamente baixo, sendo utilizadas principalmente em carros.
Exemplo de um carro equipado com a célula de energia AFC
Embora o plano seja que todas estas AFC's sejam ligadas em rede, pode acontecer de haver falhas ocasionais, e neste caso, a energia pode vir do segundo sistema terciário de força, que são os...
Painéis solares externos
O sistema de paineis solares externos não deve ser considerado como sistema quarternário de alimentação de energia elétrica, pois os painéis só podem ser utilizados quando a A.R.C.A estiver próxima a alguma estrela ou coisa parecida.
Devido à estrutura cilíndrica da A.R.C.A. os painéis solares ficaram dispostos sobre a superficie do casco externo, absorvendo toda radiação que seja aproveitável. A idéia é que eles funcionem como backup temporário para as RTG's ou para as AFC's em caso de manutenção ou coisa parecida (como reparo de danos, por exemplo). Pelo tamanho da A.R.C.A, teremos aproximadamente 80000 metros quadrados de área de nave gerando energia, enquanto o resto apenas acompanha o giro gravitacional das seções de 1 a 4. Toda esta área de painéis gerará aproximadamente 1MW, capaz de alimentar várias funções da A.R.C.A. desde que por tempo reduzido.
No mais é isso, pessoal. Como próxima postagem, falarei dos sistemas de captação, criação e armazenamento do combustível, tanto para as células de combustível quanto pras RTG's, assim como combustíveis adicionais para funções de manobra e etc. da nave.
Vamos discutí-los um a um, assim como sua viabilidade de uso no espaço.
Sistema de Geração de Energia SOFC
O sistema de célula de energia SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) é um sistema de conversão de energia eletroquímica que produz eletricidade diretamente a partir da oxidação de um combustível. O sistema SOFC utiliza óxido sólido ou uma cerâmica especial como eletrólito, não necessitando assim de platina (que dificilmente seria encontrada no espaço) a ser utilizada como catalizador. Como diferencial (que gera vantagens adicionais quando em uso na A.R.C.A)o sistema funciona a altas temperaturas (de 500ºC a 1000ºC), o que faz com que além de energia elétrica gerada diretamente, aproveite-se a energia convertida do calor através de sistemas termoelétricos (termopares), e aproveita-se o calor excedende para aquecer as partes internas da nave, assim como, prover água quente necessária a várias coisas no interior da A.R.C.A.
Esquema de funcionamento de uma célula de combustível SOFC
Este tipo de equipamento já existe inclusive comercialmente. Caso sejam utilizadas células de 100MW, serão utilizadas 6. Uma em cada seção rotativa da nave (células habitacionais/laboratoriais) e duas na seção de engenharia.
Modelo comercial de célula de combustível de 50MW
Estas células de combustível serão responsáveis pela alimentação dos motores FTL, assim como sistemas de defesa primários e suporte primário de vida.
Geradores termoelétricos de radioisótopo quente (RTG)
Esquema interno de uma RTG
Os sistemas RTG (radioisotope thermoelectric generator) também conhecidos como pilhas SNAP (Systems for Nuclear Auxiliary Power) compõem os sistemas secundários de geração de energia da nave. A pilha RTG funciona através do calor gerado pelo decaimento radioativo (que esquenta bastante) de algum material nuclear (preferencialmente Urânio U238) que é transferido a um termopar e neste é gerada a energia elétrica.
Exemplo de um RTG que foi utilizado na sonda New Horizons
Normalmente, quando utilizado em sondas, o RTG libera o calor excedente para o espaço, porém na A.R.C.A. esse calor será utilizado para aquecer partes externas (antenas, motores elétricos, sensores e etc), e o que sobrar será utilzado no aquecimento interno. As RTG's tem como vantagem, não necessitar de recarga de combustível por um longo tempo (longo mesmo!! Às vezes 20 ou 30 anos).
Uma RTG de 500W no espaço, na missão Apollo 14
Normalmente, uma RTG tem uma baixa capacidade de energia e não pode ser utilizada para alimentar os motores FTL nem sistemas de armas, porém são capazes de manter o suporte de vida funcionando bem, com exceção dos motores de giro gravitacional (ou seja, em caso de falha dos outros sistemas, os ambientes habitacionais da A.R.C.A. ficariam sem gravidade artificial)
As RTG's também gerariam energia suficiente para alimentar a partida dos geradores principais (SOFC)
Ao todo, pelo projeto, devido à capacidade máxima de 300W de cada RTG, teremos 50 RTG's na A.R.C.A., sendo 10 em cada seção giratória e mais 10 na seção de engenharia.
Geradores de energia por célula de combustível alcalina (AFC)
Sistema comercial de célula de energia AFC
As células AFC formam o sistema terciário de produção de energia, são os geradores de força que estarão em maior número na nave, pois cada unidade habitacional (SleepBox), terá a sua, para geração de energia para a unidade, assim como produção de calor e água potável. São estimadas 50.000 delas na A.R.C.A.
As células de energia AFC diferem muito das SOFC, principalmente pelo tamanho e temperatura de funcionamento, porém, a capacidade de produção de energia (embora alta), é reduzida em relação às células SOFC e se encontram aproximadamente em unidades de 50KW, que embora sejam complexas, são compactas e tem um custo relativamente baixo, sendo utilizadas principalmente em carros.
Exemplo de um carro equipado com a célula de energia AFC
Embora o plano seja que todas estas AFC's sejam ligadas em rede, pode acontecer de haver falhas ocasionais, e neste caso, a energia pode vir do segundo sistema terciário de força, que são os...
Painéis solares externos
O sistema de paineis solares externos não deve ser considerado como sistema quarternário de alimentação de energia elétrica, pois os painéis só podem ser utilizados quando a A.R.C.A estiver próxima a alguma estrela ou coisa parecida.
Devido à estrutura cilíndrica da A.R.C.A. os painéis solares ficaram dispostos sobre a superficie do casco externo, absorvendo toda radiação que seja aproveitável. A idéia é que eles funcionem como backup temporário para as RTG's ou para as AFC's em caso de manutenção ou coisa parecida (como reparo de danos, por exemplo). Pelo tamanho da A.R.C.A, teremos aproximadamente 80000 metros quadrados de área de nave gerando energia, enquanto o resto apenas acompanha o giro gravitacional das seções de 1 a 4. Toda esta área de painéis gerará aproximadamente 1MW, capaz de alimentar várias funções da A.R.C.A. desde que por tempo reduzido.
No mais é isso, pessoal. Como próxima postagem, falarei dos sistemas de captação, criação e armazenamento do combustível, tanto para as células de combustível quanto pras RTG's, assim como combustíveis adicionais para funções de manobra e etc. da nave.
