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Pesquisadores de quatro universidades brasileiras desenvolveram um sistema flutuante híbrido que combina turbinas submersas de energia das marés com painéis solares instalados sobre plataformas tipo catamarã para geração modular de eletricidade em canais estuarinos. Simulado no Canal do Boqueirão, no Maranhão, o projeto mostrou que uma fazenda com 17 colunas e 138 unidades por coluna produziria quase 24 GWh por ano.
O Brasil pode estar diante de uma solução inédita para gerar energia renovável em regiões costeiras sem construir barragens ou ocupar grandes extensões de terra. Pesquisadores da Universidade Federal do Maranhão, da Universidade Federal de Itajubá, do Instituto Federal do Maranhão e da Universidade Estadual de Campinas desenvolveram um sistema flutuante que aproveita simultaneamente a força das marés e a radiação solar em canais estuarinos, onde rios encontram o mar e as correntes atingem velocidades capazes de mover turbinas com eficiência comercial. O conceito foi publicado na revista científica Energy Conversion and Management e apresenta resultados de simulação que indicam viabilidade técnica e econômica.
O local escolhido para o estudo de caso foi o Canal do Boqueirão, no Maranhão, uma região com condições excepcionais para esse tipo de geração. O canal apresenta marés com amplitudes superiores a 6 metros e correntes que frequentemente ultrapassam 2,5 metros por segundo, resultando em uma densidade de potência máxima de 7,63 kW por metro quadrado e uma densidade energética anual de 17,96 MWh por metro quadrado. Somado a isso, a região recebe forte irradiação solar de aproximadamente 5 a 5,5 kWh por metro quadrado por dia, o que torna o local ideal para um sistema flutuante que combine as duas fontes de energia.
Como funciona o sistema flutuante híbrido
Cada unidade do sistema flutuante é composta por dois elementos integrados: uma turbina hidrocinética submersa e uma plataforma solar na superfície. A turbina utilizada é a Yarama, um modelo de eixo horizontal com seis pás e difusor integrado, projetada especificamente para condições de baixa a média velocidade em estuários e rios. Ela possui potência hidráulica nominal de 5 kW, potência elétrica efetiva de 4 kW, velocidade de partida de 0,5 metro por segundo e velocidade de parada de 2,4 metros por segundo. O diâmetro de garganta é de 1,21 metro e o diâmetro externo atinge 1,64 metro.
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Na superfície, cada unidade do sistema flutuante conta com uma plataforma tipo catamarã de 4,5 metros de comprimento por 2 metros de largura. Os pontões têm 0,45 metro de diâmetro e um suporte vertical de 1,5 metro conecta a estrutura à turbina submersa. Sobre a plataforma, quatro painéis solares com eficiência de 23% somam uma capacidade de 2,48 kW. O resultado é uma unidade compacta que gera eletricidade tanto pela força da água que passa pela turbina quanto pela radiação solar que incide sobre os painéis, funcionando de forma complementar ao longo do dia e do ciclo das marés.
O problema da esteira e por que o espaçamento importa
Quando uma turbina extrai energia da corrente de água, ela cria uma zona de turbulência a jusante chamada esteira, onde a velocidade do fluxo é reduzida. Se outra turbina for posicionada muito próxima dessa zona, seu desempenho cai significativamente porque recebe água com menos energia cinética. Os pesquisadores investigaram esse fenômeno no sistema flutuante e descobriram que o espaçamento lateral de três vezes o diâmetro da turbina praticamente elimina as perdas por interferência entre unidades lado a lado.
O espaçamento longitudinal, porém, mostrou efeito muito mais crítico. Com turbinas posicionadas a 40 diâmetros de distância na direção do fluxo, o coeficiente de potência da turbina a jusante caiu de 0,88 para 0,64. Aumentando para 50 diâmetros, o coeficiente subiu para 0,76. Com 60 diâmetros de espaçamento, atingiu 0,80. Esse dado cria um dilema: quanto maior o espaçamento, melhor o desempenho individual, mas menos turbinas cabem na área disponível. Foi justamente para resolver esse dilema que os pesquisadores decidiram integrar os painéis solares ao sistema flutuante, compensando com energia solar as perdas hidrocinéticas causadas pela esteira.
Os números de produção que o Canal do Boqueirão pode entregar
Os pesquisadores simularam o sistema flutuante como uma fazenda instalada em uma área piloto de 0,5 km por 3 km no Canal do Boqueirão. Cada fazenda continha entre uma e 17 colunas, com cada coluna composta por 138 unidades híbridas dispostas lado a lado ao longo do canal. Para cada configuração, a equipe testou espaçamentos longitudinais de 40, 50 e 60 diâmetros entre as colunas, gerando uma matriz de resultados que permite escolher a melhor relação entre custo e produção.
A configuração mais produtiva simulada contou com 17 colunas e espaçamento de 60 diâmetros, gerando 23,956 GWh por ano com custo nivelado de energia de US$ 0,32 por kWh. Em configurações menores, como 9 colunas com 60 diâmetros, a produção ficou em 15,002 GWh anuais a US$ 0,30 por kWh, o menor custo entre todas as simulações. A configuração com 50 diâmetros e 8 colunas produziria 12,466 GWh por ano a US$ 0,33 por kWh. Os dados mostram que o sistema flutuante híbrido permite escalar a produção de forma modular, adicionando colunas conforme a demanda cresce e os recursos financeiros se tornam disponíveis.
O sol que compensa o que a maré perde
Um dos achados mais relevantes do estudo é que a integração fotovoltaica compensa parcialmente as perdas de eficiência causadas pela esteira nas turbinas a jusante. Quando uma turbina na segunda ou terceira coluna produz menos energia porque a corrente que chega até ela já foi parcialmente desacelerada pela coluna anterior, os painéis solares instalados na mesma unidade continuam gerando eletricidade normalmente. A radiação solar não é afetada pela esteira hidrocinética, o que significa que o componente fotovoltaico funciona como estabilizador da produção total.
Essa complementaridade entre marés e sol também se manifesta ao longo do dia e do ano. O regime de marés no Canal do Boqueirão é semidiurno, com período de aproximadamente 12,4 horas, o que significa que as correntes mais fortes ocorrem em horários variáveis. Os painéis solares, por sua vez, produzem mais nas horas centrais do dia. Quando a maré está fraca, o sol compensa. Quando o sol se põe, a maré pode estar em plena força. Essa alternância reduz os períodos de baixa geração e torna o sistema flutuante híbrido mais confiável do que qualquer uma das duas fontes operando isoladamente.
Uma metodologia que serve para outros canais do Brasil e do mundo
Os pesquisadores fizeram questão de destacar que o estudo no Canal do Boqueirão é um caso ilustrativo, mas que a metodologia desenvolvida pode ser aplicada a qualquer canal estuarino com características semelhantes. Restrições geométricas, grandes amplitudes de maré, correntes fortes e boa disponibilidade de recursos solares são os critérios que tornam um local viável para o sistema flutuante, e essas condições existem em diversos pontos do litoral brasileiro e de outros países tropicais e equatoriais.
A costa norte do Brasil, que inclui Maranhão, Pará e Amapá, possui alguns dos maiores regimes de maré do planeta, com amplitudes que em certos pontos ultrapassam 8 metros. Esses mesmos estuários recebem irradiação solar intensa durante a maior parte do ano, criando condições ideais para replicar o conceito testado no Canal do Boqueirão. Para os pesquisadores, o sistema flutuante híbrido oferece uma alternativa às grandes hidrelétricas e parques eólicos em regiões onde a infraestrutura de transmissão é limitada e a geração distribuída faz mais sentido econômico e logístico.
Ciência brasileira na fronteira da energia renovável
O sistema flutuante desenvolvido por pesquisadores de quatro universidades brasileiras combina turbinas submersas e painéis solares em plataformas catamarã para gerar energia das marés e do sol simultaneamente em canais estuarinos. O estudo confirmou que o conceito é tecnicamente viável e economicamente promissório, com uma fazenda de 17 colunas no Canal do Boqueirão capaz de produzir quase 24 GWh por ano, energia suficiente para abastecer milhares de residências em uma região do Maranhão onde o acesso à eletricidade nem sempre é garantido.
Você sabia que o Maranhão tem marés acima de 6 metros e que pesquisadores brasileiros estão desenvolvendo formas de transformar essa força em eletricidade? Conte nos comentários o que acha do sistema flutuante híbrido, se acredita que essa tecnologia tem futuro no Brasil e se a combinação de energia das marés com solar faz sentido para você. Queremos ouvir a sua opinião sobre a ciência brasileira na área de energias renováveis.
Faltou dar créditos aos autores da pesquisa. Quem são? Em quais instituições trabalham?
Quando o potencial brasileiro consegue apoio , o resultado sempre vem
Faltou um vídeo mostrando em cima e tbm da parte submersa