André Augusto Ferreira é o coordenador do Laboratório Solar Fotovoltaico (Labsolar).
Nos arredores de Campinas (SP), um gigante chamado Sirius está em fase final de construção. Quando for inaugurado -previsão para 2020 – o maior acelerador de partículas brasileiro será a mais complexa infraestrutura científica do país. Ocupando uma área de 68 mil metros quadrados com sua estrutura de 900 toneladas de aço, a estrutura é monitorada por quatro mil computadores, fazendo correr feixes de elétrons por sua circunferência.
Entre os grupos de pesquisa que colaboram com esse trabalho, feito a várias mãos, está o Laboratório Solar Fotovoltaico (Labsolar), localizado no ponto mais alto da Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF). Coordenados pelo professor André Augusto Ferreira, seus pesquisadores se dedicam a melhorar processos, contribuindo para tornar o Sírius ainda mais eficaz.
Coordenado pelo Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPem) — e parceria de diversas instituições e pesquisadores –, essa empreitada irá lançar o Brasil como uma potência na produção da “luz síncrotron”, produto dessa aceleração de elétrons. No âmbito mais prático, permitirá que as pesquisas e a indústria nacional avancem em diversas áreas da saúde, da defesa, da produção de energia e de alimentos.
Bolsista de Iniciação Científica no Labsolar, o estudante Gustavo Lima iniciou recentemente seu estágio no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), o ramo do CNPem responsável pelo Sirius). Sua estadia é parte do acordo de colaboração entre a UFJF e o Centro Nacional, visando formar novos pesquisadores nesse campo.
De forma objetiva, Lima explica o funcionamento do acelerador. “Muito basicamente, o Sirius acelera uma quantidade de elétrons através de sua estrutura circular. Sempre que esses elétrons desviam sua trajetória (linear) original, eles emitem uma radiação denominada de luz síncrotron. Quando irradiada sobre qualquer material, funciona como um microscópio extremamente aprofundado. Incidida sobre uma pintura, por exemplo, é possível descobrir quantas camadas de pigmento foram utilizadas. Por isso, vários pesquisadores de diferentes áreas vão até o laboratório para utilizar essas ‘linhas de luz’”.
Para acionar sua imensa estrutura, o Sirius precisará ser alimentado por uma grande (e controlada) quantidade de energia, explica o professor Ferreira. Nesse contexto se insere a contribuição dos pesquisadores do Labsolar. No acordo de cooperação firmado com o CNPem, em meados 2016, os pesquisadores da UFJF ficaram responsáveis por buscar melhorias para o suprimento de energia elétrica.
Conforme Ferreira, “o Sirius tem algumas necessidades e características bastante específicas”. Para adequar a eletricidade fornecida pela concessionária de energia às particularidades do acelerador, diversos conversores de potência servem de ponte entre a rede elétrica de Campinas e os enormes eletroímãs do Sirius.
No primeiro momento do acordo de colaboração entre o Labsolar e o CNPem, a equipe do Sirius vinha enfrentando alguns problemas com o surgimento de ondulações de tensão de baixa frequência na rede elétrica, provocado pelo funcionamento dos conversores do Sirius. “Essas ondulações causam o ‘efeito flicker’, que pode ser percebido a olho nu, por exemplo, como uma variação frequente na intensidade do brilho em uma parede iluminada por lâmpadas incandescentes de baixa potência (40 W). Além do incômodo visual, isso pode servir como um gatilho para pessoas epilépticas ou fotossensíveis”, explica o professor.
Na dissertação de Salatiel de Castro Lobato — outro pesquisador do Labsolar — foram investigadas maneiras de mitigar esse problema. A solução encontrada foi introduzir uma pequena alteração na técnica de controle do estágio de entrada do conversor. “O primeiro estágio dos conversores transforma a corrente alternada (que vem da rede elétrica) em corrente contínua (que será utilizada para alimentar os eletroímãs)”, descreve Lima. “Com a técnica sugerida, nós conseguimos reduzir significativamente o problema de ondulação de tensão da rede e concluímos o que estava previsto no acordo de cooperação inicial”, conta Ferreira.
Segundo ele, a partir daí, deram prosseguimento aos estudos de uma outra estrutura de conversores para o Sirius, que traria ainda mais benefícios para o acelerador. Essa estrutura foi construída e testada em pequena escala no Labsolar. Além de aumentar a eficiência, também possibilita melhorar a qualidade do processo de condicionamento de energia.
Para garantir a qualidade e a continuidade das operações no acelerador, o Sirius é alimentado por diversas fontes (conversores), que trabalham em conjunto para fornecer energia aos eletroímãs. Através dessa redundância, mesmo em casos de eventuais falhas de uma das fontes ou durante manutenções, o sistema segue funcionando de forma ininterrupta, sem maiores problemas.
Esse foi o trabalho de mestrado de Fernando Henrique de Oliveira no Labsolar. “Essas fontes (conversores) são organizadas em série, em cadeias, para aumentar a tensão fornecida. E essas cadeias podem ser, por sua vez, organizadas paralelamente, para aumentar a corrente. Tudo isso para aumentar a potência e a robustez do sistema que alimenta os eletroímãs”, explica o professor.
“Nós conseguimos grandes avanços com a pesquisa do Fernando, que desenvolveu uma modelagem computacional da associação em série das fontes do Sírius. Coordenando as fontes em cadeia, encontramos resultados de simulação muito bons, atingindo todos os parâmetros de projeto necessários no controle das fontes. No entanto, ainda não conseguimos encontrar um modelo adequado para as cadeias associadas em paralelo, nosso próximo desafio”.
Aplicando os modelos desenvolvidos por Oliveira, o mestrando Thiago Cardoso conseguiu testar essas técnicas de controle em um protótipo de menor escala. “Nosso objetivo agora será renovar o acordo de cooperação e estudar a associação em paralelo das fontes, bem como verificar como o sistema de controle se comporta em um protótipo de menor escala.”
Além do professor Ferreira, são membros do Acordo de Cooperação entre a UFJF e o CNPem os professores da UFJF Janaína Gonçalves de Oliveira, Pedro Santos Almeida e Pedro Machado de Almeida, o professor da UFSM Vinícius Foletto Montagner, e os Engenheiros do LNLS Cleber Rodrigues e Gabriel Oehlmeyer Brunheira.