BR 52-01 lombada compensada.qxd:PoF Titel 1 2007 end.qxd 5 ... · Novos materiais são a chave para ... um dos grandes desafios ... Resolvendo os mistérios do mundo 51 Prévia da

Publisher: Siemens AGCorporate Communications (CC) and Corporate Technology (CT)Wittelsbacherplatz 2, 80333 MunichFor the publisher: Dr. Ulrich Eberl (CC), Arthur F. Pease (CT)[email protected] (Tel. +49 89 636 33246)[email protected] (Tel. +49 89 636 48824)

Escritório Editorial:Dr. Ulrich Eberl (ue) (Redator-Chefe)Arthur F. Pease (afp) (Redator Executivo, Edição em inglês)Dr. Norbert Aschenbrenner (na) (Diretor Superintendente)Sebastian Webel (sw)Ulrike Zechbauer (uz)

Outros autores neste número: Bernhard Bartsch, Dr. Dagmar Braun, Bernhard Gerl, Harald Hassenmüller,Andrea Hoferichter, Ute Kehse, Andreas Kleinschmidt, MichaelLang, Katrin Nikolaus, Bernd Müller, Werner Pluta, Gitta Rohling,Dr. Jeanne Rubner, Tim Schröder, Rolf Sterbak, Dr. Sylvia Trage,Dr. Evdoxia Tsakiridou, Harald Weiss, Nikola Wohllaib

Edição de fotos:Judith Egelhof, Irene Kern, Jürgen Winzeck, Publicis MunichFotos: Kurt Bauer, Natalie Behring, Thomas Langer, AndreasMessner, Bernd Müller, Norbert Michalke, Ruppert Oberhäuser,Andreas Pohlmann, Karsten Schöne, Marc Steinmetz, Volker Steger,Jürgen WinzeckInternet (www.siemens.com/pof): Volkmar DimpflInformações Históricas: Dr. Frank Wittendorfer, Siemens CorporateArchivesEndereço da Base de Dados: Susan Süß, Publicis ErlangenLayout / Litografia: Rigo Ratschke, Büro Seufferle, StuttgartIlustrações: Natascha Römer, StuttgartGráficos: Jochen Haller, Büro Seufferle, StuttgartTraduções do alemão para o inglês: TransForm GmbH, Colônia Traduções do inglês para o alemão: Karin Hofmann, Heiner Weidler,Publicis MuniqueImpressão: Bechtle Druck&Service, Esslingen

Crédito das fotos: Universitätsklinikum Heidelberg (18 l., 19), Airbus S.A.S. (26, t., 47 l.b.), F1online / Fancy (37 b.), Toho Tenax Europe (47 b.r.).Todas as outras imagens: Copyright Siemens AG.

Pictures of the Future, syngo, PlantCalc, NX, Teamcenter, Tecnomatix eoutros nomes são marcas registradas da Siemens AG. ICE é marca registradado Deutsche Bahn AG. Second Life é marca registrada da Linden Research,Inc. Outros produtos e nomes de empresas mencionados nesta revistapoderão ser marcas registradas de suas respectivas empresas. O conteúdo editorial dos relatórios nesta publicação não reflete neces-sariamente as opiniões da publisher. Esta revista contém projeções para ofuturo, cuja precisão a Siemens não pode garantir de nenhuma forma.Pictures of the Future é publicada duas vezes ao ano. Impresso na Alemanha. A reprodução dos artigos no todo ou em parte sóserá permitida com a autorização do escritório editorial, o que também se aplica ao armazenamento em bases de dados eletrônicasou na Internet.

Edição em português: Comunicação Corporativa (CC) da Siemens no BrasilFotos: Divulgação Siemens/ÚnicaEditoração: 2:d Comunicação e design

Impresso no Brasil pela Margraf Editora e Indústrias Gráficas Ltda.Tiragem desta edição: 3 mil exemplares

© 2008 por Siemens AG. Todos os direitos reservados.Siemens Aktiengesellschaft

Número do pedido: A19100-F-P113-X-7600

ISSN 1618-5498

Materiais parao meio ambiente

Energia verdepara o mundo

Novos materiais são a chave parao fornecimento eficaz de energia

Tecnologia Siemens é aplicada naprodução do etanol de canaFá

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Pictures of the FutureA Revista de Pesquisa e Inovação | 1/2008

Produção virtualTestando produtos e seus processos de produção antes que eles sejam realidade

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Pictures of the Future | Editorial

2

Prezado leitor,

Trazemos a você a versão em portu-guês de “Pictures of the Future”,

uma das mais importantes publicaçõescorporativas da Siemens. Sua versão emInglês é distribuída em todos os paísesonde estamos presentes. Como bemsugere o título, esta revista aborda astecnologias que irão moldar a nossavida dentro de dez a vinte anos, a partirde pesquisas e estudos desenvolvidospela Siemens, seja em parceria comuniversidades ou participando de proje-tos de renomados centros mundiais depesquisa.

Adilson Primo

Presidente da Siemens no Brasil

exemplo, um dos grandes desafiosdeste século é encontrar o equilíbrioentre fornecer energia elétrica e mini-mizar os impactos negativos sobre omeio ambiente. As respostas podem serencontradas na seção “Materiais para oMeio Ambiente” (páginas 22 a 50), quemostra novas tecnologias aplicadas nosrevestimentos especiais de enormesturbinas a gás, em novos sistemas deacionamento para trens e em fontes al-tamente eficientes de iluminação.

Destacamos também a contribuiçãodo Brasil na produção do etanol de

Capa: A fábrica inteligente combinao mundo virtual do desenvolvimentode produtos e processos — nestecaso, o projeto de um trem de alta ve-locidade, em uma fábrica da Siemensna Alemanha — com o mundo real dafabricação automatizada. Os clientesse beneficiam com produção maisrápida e flexível a custos mais baixos.

Qualquer descoberta científica ouproduto inovador é resultado de muitosmeses ou anos dedicados a estudos eexperimentos. E a história de nossa em-presa, desde seu início, é marcada pelapesquisa e inovação nos três grandessetores em que atuamos: Industry, Energy e Healthcare. Há mais de 160anos, Werner von Siemens apresentouao mundo o telégrafo de ponteiro, cons-truído com simples materiais numa pe-quena oficina, em Berlim. Simples, masinovador, o invento exigia que seu ope-rador fosse apenas alfabetizado sem anecessidade de conhecer o CódigoMorse. Alguns anos depois, Werner vonSiemens promoveu uma verdadeirarevolução na história da engenhariaelétrica com a invenção do dínamo, oque tornou possível converter energiamecânica em elétrica e, assim, tornar aeletricidade amplamente disponível,tanto para iluminação quanto paranovos tipos de motores.

Ao longo de todos esses anos, aSiemens vem participando ativamenteda extraordinária revolução tecnológicaocorrida no mundo. Para se mantersempre à frente de seu tempo e darrespostas às grandes questões da huma-nidade, nossos engenheiros, físicos epesquisadores se dedicam à descobertade novos e eficientes produtos quevisam melhorar a vida das pessoas e, aomesmo tempo, proteger o mundo. Por

cana-de-açúcar e na produção debioeletricidade, energia obtida com aqueima do bagaço da cana. Um fato im-portante: a Siemens participa de todo oprocesso produtivo das usinas sucro-alcooleiras, fornecendo soluções in-tegradas de automação, além de ummodelo específico de turbina desen-volvido na nossa fábrica de Jundiaí (SP).Contamos também com um centro dereferência e de competência tecnológicaem soluções de automação para as usi-nas. Isto muito nos orgulha, pois esta-mos falando de tecnologia nacional queestá ajudando a suprir o mundo de com-bustível e energia, a partir de uma fontelimpa e renovável.

Outras questões apresentadas pelasociedade estão embasadas no fenô-meno decorrente das megatendênciasde urbanização e mudanças demográfi-cas. A concentração da população nasgrandes cidades apresenta desafios semprecedentes na história do mundo eexige respostas urgentes aos instigantesproblemas apresentados nas áreas desaúde, saneamento e transportes demassa. Você poderá conhecer nas pági-nas seguintes algumas de nossas res-postas para questões cruciais e assoluções que certamente impactarãopositivamente o nosso modo de vidanos próximos anos.

Boa leitura!

Nossas respostas às questões globais

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Pictures of the Future | 1/2008

Pictures of the Future | Outono 2008 3

Pictures of the Future | Destaques

Destaques

Materiais para o Meio AmbienteFábricas do Futuro

6Surpreendentemente realista

8 Tendências Renascimento no universo virtual

12 Planejamento da Fábrica Mesclando realidades

15 Sistemas sobre TrilhosTrens de bits e bytes

18 Simulação das InstalaçõesOtimizando a produção

22 Cenário em 2020Revolucionários invisíveis

28 Otimizando as Lâminas das TurbinasAgüentando o calor

31 Blindagem de Cerâmica Contra o Calor Proteção feita com precisão

32 A Maior Turbina a Gás do MundoEficiência inigualável

35 ReciclandoPlacas de circuito se tornam ecológicas

36 Materiais RenováveisPlásticos: um ramo em crescimento

Reportagens

38 Turbinas EólicasPegando vento

41 IluminaçãoProgressos na área de emissores de luz

42 Etanol de Cana-de-AçúcarEnergia verde para o mundo

46 TransportesO caminho para um futuro mais leve

48 Demanda de EnergiaIdentificando custos

50 Armazenamento de EnergiaCofrinhos para economizar energia

4 Curtas Soluções inteligentes / Lendo asmãos / Nova era da energia naChina / Missão com visão /Tomografia computadorizadacom maior resolução

20 Acelerador de partículas em CERNResolvendo os mistérios do mundo

51 Prévia da próxima edição


Cenário 2020 em

Pictures of the Future | Curtas

4 Pictures of the Future | 1/2008

Lendoas Mãos

Um digitalizador manual complementa o software

de autorização de acesso biométrico.

Identificação sem contato. O scanner é adequado para

ambientes hospitalares estéreis.

Um protótipo de tomógrafo para finsmédicos da Siemens combina tomo-

grafia por ressonância magnética (RM) eprocesso de imageamento da medicinanuclear, proporcionando conhecimentosinteiramente novos do interior do cérebrohumano. Os especialistas acreditam queesta ferramenta exclusiva aperfeiçoará odiagnóstico do mal de Alzheimer em seusestágios iniciais e permitirá que os médicosavaliem com maior rapidez o estado dospacientes que sofreram AVCs e proponhamtratamentos.O dispositivo combina RM (imagem supe-rior) e tomografia por emissão de positrons(imagem inferior). A RM contribui emitindoimagens dos tecidos moles em alta reso-lução e contraste nítido, enquanto o PETdestaca as regiões que apresentam ativi-dade metabólica aumentada, em detalhesmuito precisos. Até hoje, os neurologistasque utilizam o PET não podiam diferenciarde maneira conclusiva entre distúrbios cognitivos de baixa intensidade e os está-gios iniciais do mal de Alzheimer. Eles tambémestavam impossibilitados de medir simul-taneamente a redução do volume do cérebro associada a Alzheimer. Com aressonância magnética combinada com oPET (RM-PET) (imagem do centro), o examepode ser feito agora em uma única etapa.Os médicos também podem usar o protó-tipo do tomógrafo para melhor monitorare investigar o processo de outros distúrbiosneurológicos, inclusive Mal de Parkinson,epilepsia, depressão e esquizofrenia. Os engenheiros do setor Healthcare daSiemens utilizaram diodos de fotos tipo avalanche, muito rápidos e sensíveis (APD),para servir como detectores de PET. Estesdiodos não são afetados pelo campo mag-nético gerado pelo sistema de RessonânciaMagnética, que funciona também com aunidade PET a uma intensidade de campode três teslas, permitindo fornecer umaresolução de aproximadamente 0,2milímetros. As imagens criadas pelos doissistemas são então superpostas, uma sobrea outra, por computador, para produzirimagens contendo um nível de informaçõessem precedentes. na

Solução Inteligente

ASiemens agora oferece um dispositivopara leitura da palma da mão para au-

torização de acesso biométrico. A novaversão do software biométrico ID Centerda Siemens suporta o leitor de superfícieda palma das mãos PalmSecure, produzidopela Fujitsu, bem como todos os principaisdigitalizadores de impressões digitais domercado e, é claro, SmartCards. O sistemaestá equipado com digitalizador infraver-melho que lê a palma da mão em segun-dos, quando a mão da pessoa é mantida auma distância de poucos centímetros. Aunidade digitaliza o padrão das veias sob

para os dados com amostras de palmas ar-mazenadas. O dispositivo para leitura daspalmas das mãos é geralmente utilizadoem conjunto com um SmartCard. Demaneira diferente das técnicas de leiturade impressões digitais, que exigem que odedo seja pressionado ou arrastado sobreuma superfície especial, a confiabilidadedo leitor de palmas da mão não é afetadapela sujeira ou lesões na pele. O sistemapode até “ver” através de luvas. na


a pele e, em seguida o computador com-,

Pictures of the Future | 1/2008 5

Nova Era para a Energia

ASiemens está constru-indo a linha de energia

de corrente contínua delonga distância com a maiorcapacidade do mundo. Aligação transportará energiapor 1.400 quilômetros parao delta do Rio Pérola, naprovíncia de Guangdong,onde abastecerá HongKong, Shenzen e Guangzhou,megacidades com uma po-pulação total de aproxi-madamente 30 milhões dehabitantes. O sistema detransmissão em corrente contínua de alta tensão (HVDC) que a Siemens e seusparceiros chineses estão construindo trará uma nova era de transmissão deenergia. Será o primeiro sistema a atingir a capacidade de 5.000 megawatts ealcançar 800 quilovolts. A alta tensão permite transmitir mais energia commenores perdas. As linhas HVDC que a Siemens instalou anteriormente fun-cionam a 500 quilovolts e fornecem até 3.000 megawatts. Como a energia paraa linha HVDC é gerada por usinas hidrelétricas na província de Yunnan, nãohaverá emissão de gás carbônico (CO2). na

Engenheiros no centro depesquisas Roke Manor da

Siemens, em Romsey, noReino Unido, desenvolveramum novo método que permiteque os tomógrafos computa-dorizados (em inglês, CT)gerem dados muito mais rapi-damente. O processo possi-bilita que uma unidade detransmissão óptica na parterotatória do tomógrafo trans-fira os valores das mediçõescontidos nessa seção para umreceptor óptico estacionáriosem fazer contato. A Siemens planeja usar o novo método em sua próximageração de tomógrafos, que atingirão uma taxa de dados de 8,5 gigabits porsegundo, em comparação com a taxa atual de cinco gigabits por segundo.“Esta inovação torna possível transmitir maiores quantidades de dados nomesmo período, possibilitando a geração de resoluções mais elevadas deseções transversais e, em última análise, melhorando a qualidade dos dados”,diz o diretor de Marketing de Roke Manor, Paul Smith. As instalações depesquisa de Roke Manor foram criadas há 50 anos e pertencem à Siemenshá 17 anos. na

Missãocom visãoDesde junho de 2007, o satélite Ter-

raSAR-X tem fornecido imagens comresolução de até um metro conforme ór-bita em torno da Terra. Durante sua mis-são de cinco anos, o satélite alemão digi-talizará o planeta inteiro com radar, deuma altitude de 514 km, sem ser afetadopor nuvens, condições meteorológicas oude iluminação. O TerraSAR-X aumentaráos detalhes do mapeamento de estradas,rodovias, estradas de ferro e edifícios,fornecendo importantes informações parao planejamento de infra-estruturas. Alémdisso, o satélite medirá as alterações nascalotas de gelo da Terra, fornecendo dadossobre as mudanças climáticas. A Siemensdesenvolveu componentes-chave para ocentro de controle da missão do satélite,em Oberpfaffenhofen, na Alemanha. O sistema de controle, que foi original-mente desenvolvido para a Agência Espa-cial Européia (ESA), foi adaptado e ex-pandido para a missão TerraSAR pelaSiemens. O sistema controla e monitoraum satélite de cinco metros de compri-mento, pesando 1.200 quilos. Como parteda modificação do sistema, os especialis-tas da Siemens IT Solutions and Services,PSE, na Áustria, instalaram uma soluçãoespecial de base de dados, que docu-menta a história completa do satélite ecompila todos os dados relativos a controle,propulsão, posicionamento e configuraçãodo satélite. A base de dados está progra-mada para crescer até sete tera-bytes aolongo dos próximos cinco anos, o que éequivalente às informações contidas emcerca de 1000 DVDs. na

O satélite-radar TerraSAR-X oferece uma resolução

de um metro a 514 km da Terra.

Linha HVDC transfere energia das áreas rurais para os centros

urbanos.

Imagens para diagnósticos médicos mais nítidas, graças à

rápida transmissão óptica.

CT de Alta Resolução


Destaques

2020Uma empresa especializada em produzir pro-

tótipos virtuais de produtos e seus processos

de produção associados é solicitada a proje-

tar um assento de carro que pode funcionar

também como veículo independente e

autônomo. Trabalhando em conjunto com o

cliente e com fabricantes e fornecedores de

máquinas, os engenheiros projetam e testam

cada aspecto do novo produto e de sua linha

de produção no mundo virtual.


F á b r i c a s d o f u t u r o | Cenário para 2020

8 Renascimento no Universo VirtualAinda é um desafio transformarprodutos virtuais em peças ouprodutos equivalentes no mundoreal. No entanto, a Siemens estáfechando essa lacuna: um uni-verso de possibilidades está sematerializando.

12 Mesclando Realidades Fábricas simuladas contêm milha-res de parâmetros de máquinasreais. Estes modelos estão sendoutilizados para calcular layouts e aspectos de ergonomia otimizados.

15 Trem de Bits e BytesA Siemens e seus parceirosinternacionais estão usandoa realidade virtual para projetar,montar e testar trens completos.

18 Otimizando a ProduçãoComo o funcionamento de umhospital pode se beneficiar desoluções criadas para processos industriais? A Siemens explica, com um projeto em Heidelberg.



Por volta de 2020, os fabricantes serão capazes de passar daidéia para o produto acabado em uma fração do temponecessário atualmente. O motivo: mesmo os produtos maiscomplexos, e seus processos de produção associados, serãoprojetados e testados no mundo virtual até a perfeição.

Surpreendentemente realista!

Se você pode descrevê-lo, nós podemos pro-jetá-lo.” Esse é o nosso lema. Somos uma

empresa de médio porte especializada em si-mulações industriais. Exemplo: há dois meses,um importante fabricante do setor automo-bilístico fez uma solicitação que nos forçou acolocar nosso “Chapéu-Pensador” de professor

”


inspeções de segurança por ondas milimétricassem sequer parar, ou seja, cada peça tinha queser transparente às ondas de inspeção – em ou-tras palavras: as peças deveriam ser fabricadas emmateriais bioplásticos, materiais compostos, etc.

À medida que o projeto do protótipo virtualavançava, os programas montavam automatica-mente um protótipo virtual correspondente aoprocesso de produção que poderia produzi-lo.Modelos digitais funcionais, fotograficamente re-alistas, de braços robóticos e pistolas de sol-dagem completos, com especificações de hard-ware e software, podiam ser chamados einterconectados na estação de trabalho do en-genheiro. Um grande número de empresas otimi-zou peças ou programas, valendo-se de nosso ar-quivo centralizado, realizando simulações eatualizando seus respectivos dados até o pontoem que o protótipo pudesse ser reproduzido per-feitamente no mundo real. Além disso, cada peçafoi projetada para ser reciclada e cada alteraçãofoi documentada automaticamente.

Os protótipos virtuais de conjuntos mecâni-cos foram testados, assim como os passos de usi-nagem necessários para produzi-los. Nada foideixado ao acaso. Depois de 60 dias – exata-mente como o cliente havia solicitado – protóti-pos virtuais do assento, do processo de produçãoe de sua cadeia de suprimentos, incluindo emba-lagem e programação de entrega, estavam pron-tos para a simulação.

O gerente de projeto do cliente, um sujeito defala mansa, de nome Carson, que esteve en-volvido no processo de desenvolvimento do pro-duto e da produção desde o início, visitou nossowalk-in website – um serviço de protótipo queutiliza software de presença virtual em 3D paracriar a ilusão de interatividade em tempo real emum ambiente simulado.

Já no “site,” Carson examinou a aparência doassento em um dos carros top-de-linha de suaempresa. Ele andou pela linha de produção estu-dando os movimentos ágeis dos braços robóti-cos, ouvindo o ruído das correias transportadorase o som vívido dos componentes sendo encaixa-dos pelos avatares à distância. Parado ao lado de uma blindagem de proteção de acrílico deuma prensa de grande porte, ele deslizou dis-traidamente sua mão pela borda da prensa en-quanto observava o braço da máquina descer impetuosamente, emitindo um ligeiro chiadopneumático. Uma fina película vermelha apare-ceu onde sua mão havia passado sobre a superfí-cie transparente do acrílico. “Ai,” ele exclamou,olhando subitamente para baixo, para seu dedoindicador onde estava se formando uma gota desangue. “Surpreendentemente realista” ele mur-murou, praticamente para si mesmo. “Sim,” eudisse, “muito mais do que uma pessoa poderiaesperar.” Arthur F. Pease

Pardal para trabalhar. Eles queriam que desen-volvêssemos um assento de carro robótico quepudesse se liberar do veículo com o usuário sen-tado nele, seguisse um percurso em um shop-ping center ou em um aeroporto, fosse operadopor comandos de voz ou via internet e/ou porcontroles tipo joystick, fosse capaz de se deslocaraté dez milhas e, se necessário, fosse capaz devoltar sozinho ao veículo-base ou pudesse ser en-viado em missões independentes. Prazo: 60 diaspara criar um protótipo virtual compatível paraprodução.

Quando meu chefe me pediu para tomarconta do projeto, tudo que eu pude dizer foi“Uau!” Nossos engenheiros estavam viajando atrabalho – Dubai, Paris. Todo lugar. Mas isso nãoé nenhuma novidade. Então, eu montei umaequipe de especialistas e informei a todos sobreo novo arquivo que havia aberto na nossa basede dados de projetos online. O arquivo, que euchamei de “XtraSit,” tinha todas as especificaçõesdo cliente e também modelos interativos em 3Dde veículos, nos quais o protótipo poderia ser umitem opcional.

Assim que o arquivo foi ativado, um pro-grama começou a procurar automaticamentetudo nas bases de dados de nossos fornecedores,desde pneus auto-infláveis e luminescentes a sis-temas de freios do tipo cunha para motonetas,fabricados sob encomenda. Após alguns minu-tos, tinha sido montada uma lista completa decomponentes potencialmente aplicáveis, com asespecificações, preços, disponibilidade, possíveisdatas de entrega e modelos interativos em 3D.Essas informações, junto com tudo que cadaequipe havia desenvolvido, estavam disponíveisinstantaneamente para todos, de forma intera-tiva, utilizando um backbone (rede de alta veloci-dade) seguro de dados.

O projeto foi dividido de maneira conven-cional: engenheiros mecânicos, engenheiroselétricos e especialistas em software e au-tomação e, é claro, planejadores de produção. Àmedida que o projeto foi tomando forma, umprograma mecatrônico integrou os dados dessesespecialistas em um objeto funcional holístico.Quando algumas linhas de software eram al-teradas, por exemplo, as pessoas trabalhando emsistemas mecânicos e elétricos relacionados po-diam ver como a mudança afetava seu trabalho.

Naturalmente, muita coisa foi encontradafacilmente, pois se tratava de material deprateleira. Os componentes de visão, radar e denavegação, por exemplo, foram problemas co-muns para qualquer carrinho de compras nomundo. Afinal, por que ter o trabalho de em-purrar um carrinho pesado se você pode ter umque pode segui-lo? Em aeroportos, no entanto, acoisa é mais complicada. O cliente desejava que oXtraSit fosse capaz de levar usuários através de


Renasci m

| Tendências


Fábricas do futuro | Cenário 2020em


Products and manufacturing processes are already being developed and tested in virtual environments. But translating them into their real-world counterparts is still a challenge. As Siemens draws closer to bridging this gap, new possibilities are materializing, including factories that design themselves and walk-in Websites in which consumers build their own products.

Mundos virtuais permitem que planejadores

visualizem e testem processos de produção futuros.

O mesmo vale para produtos individuais – como o

relé de sobrecarga da Siemens (imagem menor).

Componentes minúsculos prosseguem in-definidamente em linhas de produção au-

tomatizadas. Uma linha monta placas de cir-cuito impresso para sistemas de automação.Outra produz os contatores que irão ligar edesligar motores. Uma terceira produz o maisemblemático dos dispositivos de automação:uma botoeira.

Os dispositivos são produzidos ininterrupta-mente em três turnos em uma fábrica operadapelas divisões de Industrial Automation &Drives Technologies, próxima a Amberg, umacidade há uma hora a leste de Nuremberg. Afábrica é uma das 23 instalações similares daSiemens ao redor do mundo, que produzemcomponentes para um mercado de automação

de 121 bilhões de euros por ano. É um mer-cado que – graças à sua capacidade em econo-mizar tempo, dinheiro e energia – é pratica-mente insaciável.

Para atender à demanda de produtos atuaise futuros, a fábrica de Amberg está criandouma cópia digital de si mesma. Dez en-genheiros liderados pelo gerente de ProjetoHolgerg Griesenauer estão usando um processosofisticado e ferramentas de simulação eotimização de fábrica da UGS – agora umadivisão da A&D conhecida como Siemens PLMSoftware – para entender as especificações decada produto produzido na fábrica, cadamáquina usada na produção e cada ligação en-tre essas máquinas.

que será, na realidade, um sistema integrado.” Porém, para ser abrangente, a visão do PLM

de um produto deve ser complementada pelasua visão de Gerenciamento da Cadeia de Supri-mento (SCM). O SCM fornece uma visão geralcorrespondente de dados logísticos e finan-ceiros de um produto. A visão da Siemens – deacordo com Gierse – é que até 2020 o softwarenecessário para produzir a visão PLM-SCM doproduto estará tão holisticamente integradoque “cada faceta de seu ciclo de vida poderá sersimulada, levando assim ao comissionamentovirtual e à geração automática de uma soluçãode produção no mundo real.”

Embora a tecnologia de simulação baseadaem PLM-SCM ainda esteja em seu início, ela

Interligando Ciclos de Vida e Cadeias deSuprimento. A avançada tecnologia que estápermitindo a fábricas, como a de Amberg,fazer a transição de ultrapassados diagramasem papel, documentos em Excel e soluçõesCAD para bancos de dados globais que per-mitem o uso interativo de imagens funcionaisem 3D, em diversas fábricas, está baseada emum conceito chamado Gerenciamento do Ciclode Vida de Produto (PLM, na sigla em inglês).

O PLM envolve a integração e a documen-tação de todas as informações associadas a umproduto – desde matérias-primas e fornece-dores ao projeto e fabricação, e da entrega parao cliente à manutenção e descarte do produto –em uma base de dados única e coesa. Hoje,este processo está "ganhando gás". De acordocom o antigo presidente da unidade A&D (hojedesmembrada em Industry Automation &Drives Technologies), Helmut Gierse, “soluçõesindependentes antigamente isoladas em pro-jeto de produto, produção e software demanutenção estão sendo moldadas naquilo

i mento no Universo VirtualProdutos e processos de fabricação já estão sendo desenvolvidos e testados em ambientes virtuais. Porém, transformar produtos virtuais em peças ou produtosequivalentes no mundo real ainda é um desafio. À medida que a Siemens chegaperto de preencher essa lacuna, novas possibilidades estão se materializando,incluindo fábricas que se autoprojetam e websites interativos (walk-in) nos quais os clientes montam seus próprios produtos.



locomotivas e turbinas para moinhos de vento,produzidos em lotes relativamente pequenos.“Como cada pedido de projeto é específico, asimulação tem um papel importante em termosde minimizar o tempo de desenvolvimento,” co-menta Robert Neuhauser, que chefia setores-chave na Cadeia de Suprimento e Compras Cor-porativas da Siemens e é um dos líderes daIniciativa Conjunta de Inovação e Fabricação daempresa (veja o box ao lado).

À medida que essas tendências tomamforma, a Siemens vislumbra que as fábricas atu-ais vão evoluir para fábricas digitais inteligentes.“As representações digitais de fábricas vão per-mitir a modernização de suas instalações físicas

necessária uma alteração no mundo real, nóspoderemos simular uma solução tão precisaque ela gerará automaticamente o softwarepara alterar o comportamento da máquina paraatender à nova especificação.

Atender ao Desafio da Mecatrônica. Entre-tanto, antes que a visão coletiva da Siemens deum cenário de informações de produção virtual /real totalmente integrado possa ser con-cretizada, terá que ser superado o que os espe-cialistas chamam de “o desafio mecatrônico” –um tipo de Monte Everest tecnológico no qualos dados relativos às características mecânicas efísicas de objetos são combinados com suas

está alterando profundamente a maneira comoas empresas conduzem seus negócios. No mo-mento, de acordo com a AMR Research, em-presa líder em consultoria para a otimização decadeias de suprimento, cerca de 20% de todasas alterações em produto e produção são realizadas no mundo virtual.

E com um bom motivo. Estudos realizadospelo instituto alemão Fraunhofer indicam quetecnologias de simulação avançadas, como asque estão sendo implementadas em Amberg enas instalações de Mobility (antiga Transporta-tion Systems), em Krefeld, Alemanha, resultamem uma redução de 15% no tempo de desen-volvimento de produto, melhoria de 10% emprodutividade, corte de 20% nos custos deplanejamento de novas instalações de pro-dução e melhoria de 15% na qualidade do produto.

Fábricas do futuro | Tendências

A simulação é atrativa não apenas devido àsvantagens econômicas, mas também porquerepresenta a única resposta realista às principaistendências que afetam a maioria das empresas.Essas tendências incluem maior individualizaçãodo produto, cadeias crescentes de valor dis-tribuído, aumento na complexidade e funcionali-dade do produto e pressão interminável parapassar da idéia do produto à introdução no mer-cado no menor intervalo possível.

Fábricas Autoconfiguráveis. Além disso, àmedida que a empresa se afastou dos negócioscom commodities em componentes para comu-nicações e peças automotivas, a Siemens teste-munhou outra tendência que exige o uso inten-sivo de simulação: um forte aumento emnegócios relacionados a projetos — itens como

muito mais rapidamente e com maior precisãodo que é possível no momento”, diz Ralf-MichaelFranke, da Divisão de Sistemas de AutomaçãoIndustrial. “Assim, quando os componentesforem instalados na fábrica física, eles irão se auto-configurar e estabelecer a comunicação entre si,eliminando desta forma o tempo de partida.Uma vez em operação, os processos de pro-dução se otimizarão e até se corrigirão entre si.O ponto-chave é que os mundos virtual e real es-tarão cada vez mais entrelaçados.”

Gerd Ulrich Spohr, diretor de Tecnologia Es-tratégica, explica exatamente como o grau deentrelaçamento desses mundos pode vir a seconcretizar: “Queremos que as máquinas e osprocessos no chão-de-fábrica gerem infor-mações que irão ajustar com precisão suas con-trapartes no mundo virtual. Então, quando for

Seja aplicada para visualizar linhas de produção automotivas (à esquerda) ou para planejar fábricas completas (à direita), a simulação pode otimizar praticamente

todos os aspectos da produção.

Atualmente, cerca de 20% de todas as alterações deproduto e de produção ocorrem no mundo virtual.

funções elétricas e de software em protótiposvirtuais, dinâmicos e em tempo real.

Alcançar isto envolverá a superação do fatode que as engenharias mecânica, elétrica e desoftware “cresceram como disciplinas sepa-radas, cada qual com seu próprio conjunto deferramentas de projeto”, destaca BernhardNottbeck, diretor da divisão de Processos deProdução da Siemens Corporate Research andTechnology (CT). “Se pudermos combinar essastrês disciplinas, será uma grande conquista”, diz.

Além dos desafios de combinar os sistemasem um protótipo holístico, os desenvolvedoresdevem lidar com interações em tempo real dediversos parâmetros físicos, como temperatura,pressão e campos magnéticos no mundo vir-tual. “O resultado das interações entre taisforças é uma explosão de complexidade,” co-



A fabricação é importante na Siemens

Com mais de 300 grandes fábricas, cada uma com vendas acima de 50 milhões de euros, a Siemens é

um dos maiores fabricantes do mundo. De fato, na Siemens, mais de 150.000 pessoas (55% na Europa,

22% na América do Norte e 23% na Ásia) estão envolvidas em produzir de tudo, de LEDs a litotriptores.

Em vista disso, a empresa estabeleceu recentemente uma “Iniciativa Conjunta de Inovação e Fabricação”,

que faz a interface com representantes de todos as suas divisões. “Ao trabalhar com as divisões, estamos

identificando os temas importantes, as melhores práticas e as melhores maneiras de compartilhar resulta-

dos”, diz Reinhold Achatz (foto), diretor de Pesquisa e Tecnologias Corporativas, que lidera a iniciativa.

“Nossa meta é direcionar para a fabricação inovações relacionadas com tecnologia e relacionadas ao

processo.” Isso faz sentido, considerando o fato de que melhorias na produtividade da fabricação na

Siemens se traduzem em cerca de um bilhão de euros em economia por ano, de acordo com Robert

Neuhauser, que trabalha em conjunto com Achatz na Iniciativa e lidera partes importantes das atividades

da Cadeia de Suprimento e de Compras Corporativas da Siemens. “A fabricação mudou radicalmente nos

últimos anos”, comentou. “Há dez anos, o planejamento a longo prazo era tudo. Hoje, o segredo do

sucesso é flexibilidade. Em função disso, estamos treinando uma nova geração de gerentes de fábrica

que entendam de P&D, de gerenciamento da cadeia de suprimento e, naturalmente, de fabricação.”

menta Albert Gilg, diretor do Departamento deProjeto Virtual da Siemens CT.

A Siemens será capaz de enfrentar esses de-safios? No momento, partes importantes davisão integrada da empresa estão trabalhandoem conjunto. Sem dúvida, a maior delas é a re-cente adição da Siemens PLM Software às di-visões Industry Automation & Drives Technolo-gies. A ampla oferta de produtos nessasdivisões será complementada em breve peloSimatic Automation Designer, uma suíte de fer-ramentas multifacetadas que, de acordo com oLíder do Projeto, Wolfgang Schlögl, “permitiráque engenheiros mecânicos, elétricos e de au-tomação trabalhem em conjunto nas mesmasatividades de planejamento e de engenharia”.Quando adicionada às ferramentas de simu-lação da Siemens PLM Software, esta tecnolo-gia poderá resultar em uma nova maneira dedesenvolver produtos nos quais as informaçõesde fabricação são geradas automaticamente apartir das suas especificações.

Respostas na Fabricação. Muitas outraspartes estão se juntando para montar a visão daSiemens. Na Divisão de Software e Engenharia(SE) da CT, por exemplo, os pesquisadores estãoexplorando como as informações relacionadas àfabricação podem ser estruturadas, para quepossam ser transferidas sem problemas, semprecisarem ser digitadas/informadas mais deuma vez. “Em função da nossa pesquisa,podemos determinar agora como ferramentasde software distintas poderão trabalhar bem emconjunto,” diz Ulrich Löwen, diretor do Departa-mento de Engenharia de Sistemas da SE.

E na Siemens Corporate Research (SCR), emPrinceton, Nova Jersey, George Lo e colabo-radores estão examinando como hierarquias desoftware centralizadas em sistemas de fabri-cação podem ser reconceitualizadas para torná-las imunes a panes. “O que estamos desenvol-vendo,” diz Lo, “é um sistema caracterizado porcontroladores altamente distribuídos, capazesde se auto-reconfigurarem após um eventocatastrófico para manter operações críticas.”

Além disso, com o objetivo de criar ambi-entes de informação abertos, porém tambéminteiramente compatíveis, nos quais simu-lações e máquinas reais possam interagir, a SCRe as divisões de Automation & Drives estão tes-tando uma plataforma de software baseadaem modelos semânticos comuns. “Imagine quetodas as pessoas em uma sala fossem solici-tadas a desenhar uma casa, você teria tantosmodelos quanto pessoas presentes. Bem, issotambém ocorre com o software utilizado pornossas unidades de negócio. Entretanto, se pu-dermos padronizar a semântica, então a comu-nicação será muito mais eficiente”, diz Lo.

Onde todos esses desenvolvimentos noslevarão nos próximos vinte anos? “Estamos nosdirecionando para uma representação virtual dacadeia de valor completa – tudo, desdematérias-primas à manutenção permanente,atendimento remoto e planejamento de pro-duto e de produção em um ambiente holístico,coeso, de gerenciamento do ciclo de vida doproduto e da cadeia de suprimentos,” informaPaul Camuti, CEO da Siemens Corporate Re-search. “Em vinte anos, os mundos real e virtualestarão integrados coesamente. Nossas simu-lações replicarão a realidade até o último de-talhe. O resultado será uma flexibilidade defabricação praticamente sem limites.”

O resultado também poderá ser uma re-volução no varejo e nas compras do consumi-dor. No momento, algumas lojas de roupasfornecem itens personalizados e “customizadosem massa”. Entretanto, à medida que a tecnolo-gia de simulação amadurece, quiosques de altatecnologia e “websites interativos (walk-in)”,que nos conectam aos fabricantes e seusfornecedores, poderão nos permitir individu-alizar, testar e mesmo experimentar de formaprofunda e realista a aparência e as "personali-dades" de tudo, desde telefones e motonetas aroupas e o projeto e decoração de nossos lares.Nós poderemos até mesmo nos aventurar nosmundos virtuais. Arthur F. Pease

As simulações se tornarão cópias precisas da realidade – mas com uma flexibilidade de produção virtualmente sem limites.


Fábricas do futuro | Planejamento de Fábrica

Mesclando realidadesOs especialistas da Siemens simulam fábricas novas em computadores bem antesde qualquer coisa ser construída. Esses modelos 3D virtuais contêm milhares deparâmetros, a maioria deles de máquinas reais. Os modelos são usados paracalcular layouts ideais de máquinas, rotas de movimentação de componentes,os riscos associados com a transferência da produção para outro local e, atémesmo, os esforços exigidos dos trabalhadores.


Com oito galpões de fabricação, cada umtão grande quanto um campo de futebol e

tão alto quanto um prédio de cinco andares, aunidade de produção de motores da SiemensElectrical Drives Ltd. (SEDL) em Tianjin, China(a duas horas de carro de Pequim), é extrema-mente imponente. São construídos aqui mo-tores elétricos do tamanho de um homemadulto, e também turbinas eólicas do tamanho

de um caminhão pequeno, painéis de sec-cionamento e unidades de controle. Os planosexigem que a fábrica de Tianjin seja expandidaainda mais e assuma seu lugar como aunidade líder de produção de motores elétri-cos na China.

No entanto, quando a unidade foi original-mente construída, ela apresentou um grandedesafio porque tinha que ser planejada e

construída desde as fundações em apenasdois anos e meio. E, é claro, não é possível pro-jetar simplesmente uma unidade de produçãode tal magnitude em pranchetas de desenho.

Devido ao escopo muito abrangente doprojeto, o Departamento de Processos de Pro-dução (PP) da Siemens Corporate Technology(CT), em Munique, foi chamado para auxiliarnessa empreitada. O departamento é espe-

Uma representação virtual de um local de produção

futuro permite que os planejadores otimizem os proces-

sos e a ergonomia de fabricação. A fábrica de motores

da Siemens em Tianjin, China, está ilustrada aqui.

BR 012-014.qxd:PoF 023-026.qxd 5/7/08 10:23 AM Page 12


O sistema SmartAutomation da Siemens

permite que novos componentes e todos os

seus parâmetros sejam testados em um

modelo virtual (à esquerda). Os dados ideais

resultantes são descarregados em seguida

em uma cópia no mundo real do modelo

(à direita), que inclui um braço robótico

(centro), para ser usado para o controle

de qualidade em uma unidade de

envasamento futura.

cializado em criar modelos tridimensionaiscomputadorizados de fábricas.

Bem antes de o primeiro trator começar a es-cavar o solo, os componentes estavam se movi-mentando ao longo de linhas de montagem vir-tuais. O objetivo era claro: quanto maisrealisticamente uma fábrica pode ser detalhadana fase de planejamento, mais rapidamente oserros podem ser detectados e evitados quandoa construção real começar.

Os especialistas da Siemens já estão pro-duzindo versões digitais de fábricas há 20 anos,e se eles aprenderam algo nesse período foi queas melhores ferramentas digitais são inúteis seos planejadores não entenderem os processosda fábrica em detalhes. “Você precisa primeiroanalisar detalhadamente o processo de planeja-mento completo antes de poder começar a usaras ferramentas virtuais,” diz Bernd Korves,diretor do Centro de Competência em Redes deProdução e Planejamento de Fábrica na CT PP. Ofator-chave aqui é entender totalmente o ciclode vida completo, desde o projeto até osfornecedores e a produção. Os especialistaschamam isto de Gerenciamento do Ciclo deVida do Produto (PLM).

O resultado do processo de projeto – umproduto digital – é a ponte para a fábrica digital.“Uma ampla interligação desses dois blocosde processo oferece um potencial enorme,” diz

e a seqüência e velocidade ideais dessas etapas.Eles determinam os tipos de estações de trabalhonecessários para cada etapa e como o layout dafábrica deve ser disposto. Os planejadores tra-balham em seguida com as divisões Siemenspertinentes, chegando, em geral, a diversas al-ternativas. Cada proposta é ilustrada em umcomputador, como uma fábrica em 3D cujasoperações, incluindo o fluxo do material, sãosimuladas em detalhes. Ao longo desse processo,os planejadores fazem uso intensivo de bibliote-cas digitais para visualizar estações de trabalho,máquinas e processos individuais.

Na fábrica de Tianjin, os modelos virtuaispermitiram que equipes de planejamento emtodo o mundo “voassem/circulassem” pelosátrios das fábricas ao simples toque de umbotão. Grandes tubos cinzas podem ser vistosnesses locais – os estatores dos motores. Próxi-mos deles estão os avatares – humanos simula-dos que apanham e inserem fios de cobre nostubos. Os vôos virtuais permitem que os empre-gados da SEDL identifiquem rapidamente secada posto de trabalho tem espaço suficientepara mover grandes motores ao seu redor, por

exemplo. Alterações podem ser introduzidasem qualquer momento e seus impactos sãomostrados imediatamente na simulação. Umdesafio especial no projeto de Tianjin foi o fatode que a unidade virtual passou por um desen-volvimento simulado de mais de cinco anos, eisso significa que as capacidades de produçãotiveram que ser expandidas com o passar dotempo e a demanda variável de produtos pre-cisou ser considerada.

Graus de Abstração. A arte de simulação en-volve principalmente ser capaz de imaginarquais locais exigem informações detalhadas apartir do mundo real. “Muitos iniciantes tentamreproduzir a realidade com precisão, o que éum erro”, diz Korves. Isso também é contrapro-dutivo porque exige muito esforço e despesa.O sucesso aqui depende em determinar o graude abstração adequado. “Se você estiver simu-lando fluxos de material para chegar a um lay-out, você não precisa de tudo muito detalhadoaté o menor parafuso – mas precisa desse tipode informação para simulações de montagenscomplexas”, explica .

Albert Gilg, diretor do Centro de Competênciade Projeto Virtual. “Isto porque o projeto do pro-duto determina em última instância se você criaobstáculos para a produção ou melhora a efi-ciência do processo de fabricação.”

Os dados de projeto são, portanto, o ponto departida para uma análise exaustiva de um futurosistema de produção. Os especialistas determi-nam quais etapas de produção serão necessárias

Korves precisou de fato entrar em muitosdetalhes em outro projeto em que trabalhoucom a Siemens VDO, envolvendo a produção deum painel de instrumento de um novo veículo.A tarefa exigiu ilustrações detalhadas de célulasde fabricação como um meio de simular suaspropriedades ergonômicas. Aqui, a CT usou osoftware da UGS, que agora faz parte do setorIndustry e é conhecida como Siemens PLM Soft-

As melhores ferramentas 3D são inúteis se vocênão entender os processos de fábrica em detalhes.



norte da Alemanha, o Plant Calc determinouque, sob determinadas condições, expandir aprodução na Alemanha seria melhor do quetransferi-la para a Europa Oriental. O estudodescobriu que, embora os custos de salários naAlemanha fossem maiores, o potencial paraotimização no país tornou-a um local de pro-dução mais econômico.

Testes Virtuais tão Verdadeiros como aVida Real . A realidade e o mundo virtual estãose aproximando nas áreas de automação daSiemens, que operam dois centros de pesquisa“SmartAutomation”, em Nuremberg e Karlsruhe,que serão usados para desenvolver soluções deautomação virtualmente e na vida real. Ospesquisadores configuraram uma instalação deenvasamento em Nuremberg e uma unidade de

processamento químico em Karlsruhe; ambaspermitem que novas idéias sejam implemen-tadas rapidamente em equipamentos reais pelaprimeira vez. Entre outras coisas, os pesqui-sadores estão construindo agora um robô quepega garrafas à medida que passam por ele,leva-as para a estação de controle de qualidade,examina-as e devolve-as exatamente no pontocorreto na linha de produção.

Tudo isso foi planejado e testado no mundovirtual. Para fazer isso, os desenvolvedores daSiemens inseriram o robô virtual em sua posiçãoreal futura em uma imagem da unidade exis-tente. Todos os parafusos, sistemas de medição,ligações elétricas, comunicação de dados e sis-temas de pressão foram verificados antes da im-plementação real. Os pesquisadores execu-taram até mesmo uma simulação em temporeal dos parâmetros de operação do robô. Poroutro lado, os dados iniciais digitados no sis-tema para simular este robô vieram da unidadefísica de envasamento.

Lego para Fábricas. Uma abordagem similar éempregada pelo projeto “SmartFactoryKL”,gerenciado pelo Centro de Pesquisa Alemãopara Inteligência Artificial (DFKI), em Saar-brücken. O centro é um consórcio de empresase institutos de pesquisa que também está tra-balhando em uma versão miniatura de umaunidade de produção real. A Siemens, um dosmembros fundadores do consórcio, tambémfornece fundos para a SmartFactory, que, assimcomo a SmartAutomation, simula produção nomundo virtual. Um dos objetivos da fábrica édemonstrar como componentes de diferentesfabricantes podem ser combinados. É uma idéiavisionária que prevê fábricas construídas a par-tir de módulos padrões, como blocos gigantesde Lego. Isto poderia exigir que cada módulo doprodutor fosse equipado com interfaces padrão.

Além disso, todos os componentes dafábrica SmartFactory para a unidade de pro-dução miniatura serão equipados com etique-tas de identificação por radiofreqüência, tor-nando possível assim automatizar o registro deestoque e indicar com precisão as posições dasmáquinas. Isto, por sua vez, facilitará a ampli-ação ou transformação de fábricas existentes.Os locais das máquinas podem ser alimentadosem modelos virtuais para permitir aos plane-jadores determinar exatamente onde osequipamentos novos devem ser instalados.“Muito trabalho – e muita informação – sãonecessários nos modelos de fábrica virtual”, dizo coordenador do projeto DFKI Eric Pohlmann.“Portanto, faz sentido usar essa grande va-riedade de dados mais e mais novamente.”

Tim Schröder

A fábrica que vem até você

O planejamento de uma

fábrica não termina de forma

alguma quando as chaves são

entregues ao cliente – afinal,

novas gerações de produtos

substituem os mais antigos e

as máquinas devem ser atuali-

zadas ou substituídas em algum

momento. Com o passar do

tempo, os galpões das fábricas

assumem, em geral, uma

aparência diferente, pois novos

cabos são lançados e máquinas

são reposicionadas. Portanto, é

difícil para os planejadores ter

uma visão geral, como forma

de comparar a situação real com um modelo virtual, especialmente quando as instalações estão lo-

calizadas longe dos centros de pesquisa. O sistema Suporte de Serviço Visual (VSS) desenvolvido pela

Siemens Corporate Technology (CT), em Munique, pode simplificar muito o processo de modernização

de fábrica. O VSS é um sistema de transmissão de dados remoto móvel que envia imagens e som ao

vivo para centros de serviço via telefonia móvel. Para esta finalidade, um trabalhador em uma fábrica

usa um fone de ouvido equipado com uma câmera e um microfone. O centro de manutenção da fábrica

é capaz de visualizar a unidade ao vivo se uma máquina falhar e técnicos de manutenção especialmente

treinados podem, em seguida, usando o fone de ouvido, guiar um trabalhador para o melhor local para

visualizar a máquina. É como se você estivesse lá – e o técnico pode até tirar uma foto da máquina,

marcar áreas para onde o trabalhador deve se deslocar e, em seguida, enviar a foto para o PC portátil

do trabalhador. “Nossa experiência tem mostrado que após vários anos, você não pode mais depender

cegamente dos desenhos originais de uma fábrica”, comenta Joachim Häberlein, responsável pelo

desenvolvimento de soluções VSS específicas para clientes na Industry Automation, em Erlangen.

O modelo virtual não ajuda muito aqui de qualquer forma. “Ele é tão bom quanto a informação origi-

nal”, explica Häberlein. “Porém, o VSS torna possível validar rapidamente o modelo no local e registrar

qualquer alteração feita nesse meio tempo.” O sistema funciona com o padrão internacional de telefo-

nia móvel GSM e testes realizados no Egito, China, e em outros países mostraram que o VSS funciona

de modo confiável em diversas regiões. Os especialistas, portanto, não têm mais que fazer longas via-

gens para fábricas distantes. Graças ao VSS, a fábrica vem até eles.

Fábricas do futuro | Planejamento de Fábrica

registrar o tamanho e a estatura de um traba-lhador e o número de vezes que ele ou elarepete determinados movimentos. Isto permitiuotimizar as estações de trabalho, ajustandoitens como alturas das bancadas e distâncias aoalcance do comprimento do braço paramáquinas vizinhas.

A maioria dos modelos virtuais hoje é criadausando objetos de bibliotecas digitais. Por exem-plo, em conjunto com a Universidade Técnicade Munique, a equipe decidiu usar o Plant Calc,uma ferramenta de planejamento sofisticada. Osoftware Plant Calc pode comparar locais deprodução usando uma avaliação sistemática en-tre diversas alternativas, que também leva emconta planejar incertezas. Em um estudo rea-lizado pelo CT para uma fábrica da Siemens no


ware. A ferramenta utiliza valores padrão para

| Sistemas Sobre Trilhos

Trens de Bits e BytesPara fabricar produtos de alta tecnologia, você precisa de um ambiente de desen-volvimento de alta tecnologia. É por isso que a Siemens, em Krefeld, Alemanha,confia em um produto e em um sistema de desenvolvimento de produção puramentevirtuais, que permitem projetar trens inteiros nos computadores. E ainda mais, elaespera digitalizar o processo completo de produção até 2009.

Simulações abrangentes em 3D. Na Siemens, novos

trens são desenvolvidos e testados até o último detalhe

por equipes internacionais em realidade virtual, antes

da montagem de um único componente físico.

Omaquinista que opera o trem de alta veloci-dade Velaro ajusta os controles no seu

painel de instrumentos. De repente, abre-se umdispositivo (flap) no piso do trem, o ângulo devisão volta-se para o espaço sob o trem e os com-ponentes voam para todos os lados. Milagrosa-mente, no entanto, o trem se recompõe sozinho.

Bem-vindo ao laboratório de realidade vir-tual da Divisão Mobility, em Krefeld, na Ale-manha. Nem o trem nem o maquinista são ver-dadeiros. Eles são objetos virtuais animados.Não há flipcharts na sala de conferências. Em

vez disso, há uma parede energizada na qualprotótipos em escala fiel, e em ambiente espa-cial, gerados por computador podem ser obser-vados com o auxílio de óculos de 3D e discuti-dos. “Esta é uma grande ajuda, por exemplo,quando estamos planejando instalações,analisando a facilidade da manutenção e re-alizando estudos ergonômicos”, comentaReinhard Belker, chefe de Gerenciamento doProcesso de Engenharia na Mobility.

O sistema de Realidade Virtual (VR) é parteintegrante do processo de desenvolvimento na

Mobility. Aqui, os projetistas se reúnem comregularidade para estudar novos trens no espaçovirtual, conforme eles vão sendo desenvolvidos,e discutem com seus colegas das unidadescontíguas. Eles também fazem “reuniões decolaboração” com a sua fábrica de produçãoirmã em Praga, na República Tcheca, onde omesmo sistema é utilizado. No momento, os sis-temas são os únicos do seu tipo no mundo.

Mas o sistema VR é somente uma das ferra-mentas inovadoras que dão apoio ao produto eao processo de desenvolvimento de produção



Fábricas do futuro | Sistemas Sobre Trilhos

Além disso, os preços caíram muito, em con-seqüência da acirrada concorrência no mercadode veículos para trilhos. “Essas demandas nãopodem mais ser atendidas utilizando métodosconvencionais. O que nós trabalhadores pre-cisamos agora são inovações, não só em termosde produtos, mas também em nossos processosde produção e desenvolvimento”, diz Belker.

Passo a passo, os engenheiros na Mobility al-cançaram um nível inigualável de sofisticaçãotécnica. Desde 1999, os desenvolvedores têmprojetado seus produtos utilizando a tecnologia

3D do começo ao fim. Em 2006, a empresa pôs para funcionar em

todos os seus locais uma cadeia de processoabrangente em 3D que cria animações digitaisdurante a fase inicial do projeto, com base emdados do CAD em 3D, e realiza simulações inici-ais. Os desenvolvedores montam em 3D, o queentão é disponibilizado para os parceiros nomundo inteiro. Isto é feito utilizando um sis-tema de gerenciamento de dados uniformespara produtos – antes mesmo de pegaremuma única chave de fenda do mundo real. Atéhoje, as peças desses processos correm emparalelo, permitindo que os passos do desen-volvimento inicial possam ser imediatamenteincluídos nos processos de planejamento deoutras unidades.

Reuniões em Realidade Virtual. Como oCAD em 3D necessita de muita memória, elenão é usado em todas as áreas de processo. Al-guns desenvolvedores trabalham com “dadosvisualizados”, o que requer muito menosmemória e é mais barato e simples de utilizar.Aqui, todos os dados são automaticamente con-

vertidos para o formato visualizar. Este recursopermite aos projetistas praticamente ter reu-niões mundiais virtuais, nas quais podem com-partilhar suas idéias sobre o estado atual doprojeto. Essas reuniões eliminam a necessidadede viagens que consomem tempo. E aindamais, tornam todo o processo de desenvolvi-mento mais rápido e menos sujeito a erros,porque cada desenvolvedor sabe exatamente oque seus colegas estão fazendo. É claro que osdados fornecidos pelos fornecedores e parceirosexternos do projeto têm de ser revistos, conver-tidos e integrados, porque em alguns casos, osparceiros trabalham com sistemas diferentes.Mas aqui, também os especialistas em tecnolo-gia estão trabalhando nas soluções.

Com base nos dados tridimensionais daequipe de desenvolvimento, os especialistasna preparação da produção podem planejar esimular os processos de fabricação e mon-tagem, por exemplo, visualizando as diferen-tes seqüências da montagem. Por sua vez, asunidades de produção utilizam os dados em3D como base para várias etapas do trabalho.

Apesar da utilização abrangente de dados

em 3D em todas as unidades, desenhos em2D ainda são necessários nas áreas de pro-dução e montagem. Isto ocorre porque, emalguns casos, os desenhos contêm infor-mações que são muito complexas para seremincorporadas nos modelos 3D sem despendermuito tempo e esforço. De acordo com Belker,“provamos que, em princípio, podemos viversem desenhos em 2D, mas ainda não há umaferramenta de TI que apóie este processo demaneira eficaz. Agora, estamos trabalhandopara reduzir o tempo e o esforço necessários

puramente virtuais na Mobility. Hoje, o projetode veículos sobre trilhos começa e termina emuma cadeia de processo ininterrupta em CAD(Computer Aided Design) de 3D. Cada etapa, doconceito inicial, desenvolvimento, preparo daprodução, fabricação, montagem e documen-tação, é trabalhada em três dimensões uti-lizando os sistemas CAD.

Todos os envolvidos trabalham juntos nesseambiente virtual. Isso torna possível alinhar, emtempo real, os estágios do desenvolvimento al-cançados na principal fábrica de produção, emKrefeld, com aquelas em Erlangen e em Kassel(na Alemanha), Graz e Viena (na Áustria), ePraga e Ostrava (na República Checa). Alémdisso, os fornecedores de suprimentos e serviçosestão integrados no processo de desenvolvi-mento de veículos sobre trilhos de todos os tipos.

Ferramentas de alta tecnologia são absoluta-mente essenciais em Krefeld porque as demandasdo mercado crescem cada vez mais. Clientesde todo o mundo estão exigindo prazos de de-senvolvimento mais curtos, com igual qualidadede produto ou ainda melhor, e alto grau de sofisti-cação tecnológica. “Alguns anos atrás, desen-volveríamos e produziríamos um trem de alta ve-locidade em três anos. Agora, nossos clientesestão nos pedindo a mesma coisa em dois anos emeio”, diz Martin Olbrich, chefe da unidade dePreparo do Processo de Montagem da Mobility.

Trens de alta velocidade podem agora ser desen-volvidos e produzidos em dois anos e meio.

A simulação dos processos de desenvolvi-

mento e produção vale muito a pena,

especialmente para veículos sobre trilhos,

que geralmente são produzidos em pequenas

quantidades. Utilizando simulações, os

especialistas em tecnologia sobre trilhos da

Siemens podem passar por todas as possibili-

dades de otimização no mundo digital em

um estágio inicial do processo de

desenvolvimento, quer estejam trabalhando

na seção da extremidade frontal do trem

(à esquerda) ou a ergonomia da cabine do

maquinista (à direita).



para criar os modelos em 3D”.Montagens com animação tornam mais fácil

para os colaboradores a execução de suas tarefas,“porque eles podem intuitivamente entendê-lasmuito mais rapidamente que em desenhos de2D, com seus incontáveis números de posiciona-mento”, diz Olbrich. Os dados em 3D servemcomo instruções de montagem virtual. Os tra-balhadores da montagem têm uma visão geralrápida da situação inteira, bem como informaçõesmais precisas sobre como integrar os compo-nentes a serem montados. Com menos tempopara aprender os passos da montagem, sãonecessárias menos perguntas e há menos erros.

Os dados em 3D também são muito valiosospara as descrições de produto e instruções demanutenção no final da cadeia de processo. Masos desenhos em 2D são utilizados aqui também,primeiro porque a documentação do veículo em2D é costumeira e, segundo, porque ainda nãohá formato reconhecido que torne a implan-tação de dados em 3D possível no longo prazo.No entanto, uma das prioridades na Mobility éconvencer os envolvidos das vantagens da docu-mentação do veículo em 3D.

Em conjunto, o sistema permite que a cadeiainteira de processo seja representada de formavirtual. “Nossos clientes estão impressionadoscom a maneira como integramos essas tecnolo-gias inovadoras em nossos processos de desen-volvimento”, diz Belker. Andy Neuschulz, daempresa regional Deutsche RegionalbahnGmbH, concorda. “O desenvolvimento de produ-tos por meios virtuais torna o processo mais fácilde reconstituir e monitorar. Conseqüentemente,na apresentação inicial de um veículo, podemosoferecer aos políticos visitantes um retrato bas-

Robert Neuhauser, diretor de Fabricação e SCMna Corporate Supply Chain and Procurement daSiemens, que lidera o programa sobre fabri-cação no futuro que abrange a empresa inteira.“Para produtos que são fabricados em grandesquantidades durante um período de anos,podemos melhorar e otimizar constantementea produção durante longos prazos. Em con-traste, o projeto e negócio de pequenas quanti-dades é caracterizado por curtos prazos de iní-cio de produção e volumes menores defabricação. Isso significa que tudo tem de fun-cionar de maneira ótima na primeira vez,porque o processo de fabricação terminaráantes que qualquer otimização significativapossa ocorrer. A simulação torna viável passarpor todas as medidas possíveis de otimizaçãodigitalmente antes da produção. Assim,podemos detectar problemas bem antes de elesalcançarem o mundo real”.

A simulação também beneficia a fábricade Krefeld, que produz em média 450 veícu-los ferroviários por ano. Um estudo prelimi-nar e uma análise da eficiência realizada peladivisão Mobility em cooperação com o Fraun-hofer Institute for Manufacturing Engineeringand Automation (IPA) demonstraram as vanta-gens da fábrica digital. Seus benefícios poten-ciais incluem planejamento mais rápido e demelhor qualidade, além de ferramentas in-tegradas que aliviam os planejadores das ativi-dades de rotina e lhes dão mais tempo paraplanejar produtos menos dispendiosos e quali-tativamente mais sofisticados e fazer com queeles apresentem a melhor relação custo-bene-fício possível desde o início. Belker está an-sioso pela chegada da fábrica digital.Pesquisando uma longa fileira de trens re-luzentes que estão prontos para seremdespachados, ele prevê que, “no futuro, pode-remos entregá-los aos nossos clientes aindamais rapidamente”. Gitta Rohling

tante realista e muito impressionante de nossostrens bem no início da produção”, diz ele.

Atualmente, a empresa opera 20 trens quecorrem em três linhas na Alemanha. Depois dapróxima mudança na programação ferroviária,ela começará a operar ao longo da rota deColônia para Mainz, via Kolenz, para o qual uti-lizará um total de 16 trens Desiro ML fabrica-dos pela Siemens.

De volta a Krefeld, Reinhard Belker andapela ala de produção da Mobility e passa por fi-las de vagões ferroviários adornados com ca-bos. Tudo na ala está limpo e em ordem.“Agora que dominamos o produto e o desen-volvimento da produção de maneira virtual”,diz ele, “o próximo passo é o que chamamosde fábrica digital. Já estamos trabalhando neladesde abril de 2007”. Está planejado que elaficará pronta até o final de 2009.

Simulando Ciclos de Vida Inteiros. A fábricadigital é um conceito de instalações de pro-dução nas quais não só a fábrica física é visu-alizada e simulada no computador, mas tam-bém seus processos. O conceito inclui a vida útilinteira do produto, desde o planejamento, desen-volvimento e produção, até serviço, manutenção,vendas e marketing.

Diferentemente do setor automotivo, queabraçou o conceito de fábrica digital, outros se-tores em geral o evitam devido a seus baixosvolumes de produção, que não parecem justi-ficar os grandes investimentos que sãonecessários para simular processos de maneirarealista. Mas, neste setor em particular, a simu-lação abrangente da vida útil do produto é cru-cial. Este ponto é muito bem esclarecido por

A partir de 2009, a vida útil dos produtos serásimulada – do projeto aos reparos e à manutenção.

Simulações substituem o papel nas instruções de

montagem. Imagens em 3D tornam a tarefa mais

simples, rápida e precisa (à esq.). À direita: Trens

Velaro, na área de montagem.



Fábricas do Futuro | Simulação de Instalações

Otimizando a produçãoNeste ano, o centro de terapia de íon pesado em Heidelberg começará a tratarpacientes com câncer. A Siemens configurou as instalações e otimizou seus fluxos de trabalho usando a especialização em simulação obtida ao projetarprocessos de produção para fábricas.

Uma instalação de terapia de partícula (à direita)

é um sistema complexo, projetado para destruir

tumores com alta precisão. A configuração e os

fluxos de trabalho são simulados.

Por definição, fábricas e hospitais não têmmuito em comum. Mas ambos são sistemas

complexos que precisam funcionar de maneirarápida e eficiente. Levando isto em conta, aSiemens direcionou sua especialização emsimular e otimizar sistemas de automação eaplicou este conhecimento para visualizar aconfiguração e o fluxo de trabalho – e em úl-tima análise realizando – um novo centro deterapia de íons pesados no Centro Médico daUniversidade de Heidelberg (Alemanha).

O centro será especializado no tratamentode pacientes com tumores que são muito difí-ceis ou muito arriscados para um cirurgião reti-rar. Os tumores serão bombardeados com íonsde carbono – os núcleos atômicos do carbono –de um acelerador de partículas. As partículaspenetram no corpo do paciente e destroem ostumores com extraordinária precisão e semcausar danos importantes aos tecidos ao redor(Pictures of the Future, primavera de 2004,página 36) www.siemens.com/pof.

A terapia por íons pesados foi desen-volvida e testada pela Sociedade para aPesquisa com Íons Pesados ou GSI (Gesell-schaft für Schwerionenforschung), em Darm-stadt. A missão da GSI é a pesquisa básica,

não a comercialização. Portanto, ela buscavauma parceira no setor e encontrou aSiemens. Em 2003, a Siemens comprou aspatentes principais de terapia com íons pesa-dos da GSI e do Centro de Pesquisa de Câncerda Alemanha, em Heidelberg, e fez um es-forço significativo para trazer o método parao mercado.

A Siemens está fornecendo todas as tecnolo-gias relacionadas com o paciente para o centrode Heidelberg, inclusive equipamento para dire-cionar o feixe de íons para o paciente, posi-cionamento do paciente e controle do trata-mento, segundo explicações de Klaus Staab,gerente de projeto do centro de terapia comíons de Heidelberg, que vê com bons olhosa estreita cooperação com a Siemens. Emoutro centro de terapia, o Rhön-Klinikum, emMarburg, a Siemens está fornecendo tudo, exceto o prédio, inclusive o acelerador departículas. A cerimônia de inauguração foi realizada em agosto de 2007.

Visualizando um Novo Terreno. Os pesqui-sadores da GSI já comprovaram que a nova te-rapia funciona conforme se pretende. “Mas oque está nos faltando é a experiência de como a

projeção das etapas dos tratamentos individuaisafetará o desempenho do centro como umtodo”, disse Thomas Lepel, da Siemens Corpo-rate Technology (CT). A terapia por partículas éum elemento em funcionamento totalmentenovo em clínicas. É por isso que Lepel e seuscolegas desenvolveram uma simulação querepresenta todo o fluxo de trabalho do centrode terapia, o que torna possível analisar osefeitos que as exigências específicas dosclientes podem ter na produtividade opera-cional de pacientes – e nos custos operacionaisdas instalações.

Com um preço avaliado em cerca de €150milhões – com pelo menos €100 milhões paraa unidade de radiação e aproximadamentemais €50 milhões para o prédio, dependendode como for equipado – a produção opera-cional dos clientes deve ter um papel funda-mental na saúde econômica das instalações. Asprojeções atuais prevêem cerca de 1.300 pa-cientes por ano, com tratamentos financiadosigualmente pelos governos estadual e federal.Mas um hospital ou instalação de saúde típico,que confie exclusivamente em financiamentosprivados, terá de tratar pelo menos 2.000 pa-cientes ao ano para cobrir os custos de capital



componentes que precisam ser manuseadosde maneira diferente, há uma variedade deprocessos diferentes funcionando em um hos-pital”. A simulação distingue entre os tipos detumor, por exemplo, e leva em conta os dife-rentes tempos de preparo necessários.

Na frente de cada uma das três salas de ra-diação, há uma sala onde o paciente épreparado para o tratamento e imobilizado emuma mesa, enquanto outro paciente estásendo submetido a radiação na área de trata-mento. Alimentada com dados do paciente deum sistema de informações oncológicas, osofisticado Otimizador de Programa da

estimados da instalação. E esta equação teriade incluir pagamentos de cerca de €20,000 porpaciente de fornecedores de seguros de saúde,o que corresponde ao acordo entre as segu-radoras e o Centro Médico de Heidelberg.

Em comparação, as empresas de seguro desaúde pagam somente €8.000 por terapia deradiação convencional. De qualquer forma, ocusto mais elevado do tratamento com íonspelo centro de terapia é justificado, tendo emvista que os custos totais do tratamento decâncer, inclusive cirurgia, quimioterapia e terapiade radiação, com freqüência, vão além de€100.000 por paciente.

Eficiência econômica não é o único critério; os médicosagora terão mais tempo para seus pacientes.

Os íons são acelerados para até 60 por cento da veloci-

dade da luz, armazenados em um sincroton (à esquer-

da) e fornecidos aos pacientes por meio de um com-

plexo sistema de direcionamento do feixe (à direita).

E mais: estudos clínicos demonstraram quea nova terapia parece estar ligada a recorrên-cias muito menores de alguns tumores. ParaDr. Konstanze Gunzert-Marx, diretor de vendasdo setor Healthcare da Siemens, em Erlangen,a terapia particulada tem tudo para ser umsucesso. “Extrapolando o número de diagnósti-cos de novos cânceres demonstram que estetipo de centro se paga para uma área demográ-fica entre oito e dez milhões de pessoas”,diz ele.

Simulação do Tratamento. A conclusão éconfirmada pelo plano de negócio do centro detratamento, que leva em conta em seu investi-mento e custos operacionais os pagamentos aempresas fornecedoras de seguros de saúde.Para calcular a relação custo-benefício, onúmero de pacientes atendidos é simulado eautomaticamente otimizado. “Essencialmente,aplicamos o know-how que obtivemos daanálise dos processos de produção”, diz Lepel.“Como nas fábricas, onde você tem milhares de

Siemens otimiza a ocupação dos quartos etambém o uso do feixe de íon para garantir omínimo de interrupção possível. Isto reduz oscustos e diminui os tempos de espera para ospacientes.

Se ficar claro que os preparativos do pa-ciente irão demorar mais do que o planejado,outro paciente poderá ser informado a tempoe passado à frente na programação do trata-mento. A preparação e o tratamento estãouniformemente integrados, além de encurtaro processo todo de cada paciente para umamédia de menos de 30 minutos. Como a simu-lação de Lepel indica, este processo – e, por-tanto, a produtividade operacional para opaciente – está otimizado com a configu-ração compreendendo três ou quatro salasde tratamento.

Robôs Trabalhando. Uma fábrica de pro-dução somente poderá funcionar de maneiraeficiente se os processos de trabalho foremcoordenados. O mesmo é verdade para os hos-

| Simulação de Fluxo de Trabalho

pitais. Com isto em mente, o setor de Health-care da Siemens desenvolveu uma mesa detratamento de alta tecnologia em fibra de car-bono que é, ao mesmo tempo, forte e leve. Amesa é adequada tanto para o planejamentode tratamentos com tomógrafo computa-dorizado como para o próprio tratamento comíons. Uma vez que o paciente esteja imobi-lizado na mesa, um braço de robô agarra amesa e automaticamente a movimenta para aposição correta. A mesa viabiliza o preparo dospacientes fora da sala de tratamento.

Os desenvolvedores da Siemens em Erlan-gen ganharam percepção quanto às necessi-dades dos hospitais e clínicas ao entrevistaremmédicos e administradores de instituições desaúde. Funcionários da Healthcare visitaram oHarvard Medical Cyclotron, em Boston, por exem-plo, e o Midwest Proton Radiotherapy Instituteem Bloomington, Indiana – sempre fazendo amesma pergunta: do que os médicos e seus pa-cientes realmente precisam? As respostas reve-laram que a simulação desenvolvida pela CT es-tava muito próxima do que eles queriam.

“Quando se trata de levar em conta o sis-tema inteiro e a análise do fluxo de trabalho as-sociado, a Siemens está anos à frente de to-dos”, diz Gunzert-Marx. Outros fornecedoresestão tentando desenvolver componentessemelhantes e um processo integrado de tra-balho para terapia com partículas, mas nenhumdeles oferece a flexibilidade, combinada comos processos de diagnóstico por imagem e inte-gração de TI.

É por isso que o sistema da Siemens – que éúnico em todo o mundo – foi projetado para di-versos tipos de íons. Além de carbono, oxigênio,íons e prótons, os núcleos de hidrogênio podemtambém ser utilizados alternativamente no sis-tema no centro de Heidelberg. Este é um re-curso muito atraente para os investidores emtodo o mundo. Os planos são abrir muito maiscentros de terapia de partícula nos próximosanos. Bernd Müller



Detector ATLAS, 25 m de altura e 50 m de comprimento,

o maior experimento da física de partículas (foto maior).

Controladores Siemens mantêm a temperatura dos

magnetos de supercondução (fotos menores).

pessura, que contém magnetos supercondu-tores e tem uma ligeira curvatura conforme sedistancia. Vários cabos e tubulações menores es-tão montados nas paredes, enquanto um túnelanexo aloja um enorme número de gabinetes dechaves para sistemas eletrônicos de alta tensãoe sistemas de controle para as unidades de ven-tilação. Duas tubulações com a espessura debraços humanos correm paralelamente dentrode uma grande tubulação de aço. Dentro dastubulações, prótons ou íons de chumbo serãoacelerados quase à velocidade da luz. Há quatroáreas separadas nas quais os feixes de partículascolidirão frontalmente. Estas colisões de partícu-las – que ocorrerão 600 milhões de vezes por se-gundo – permitirão que o Large Hadron Colliderrecrie as condições que prevaleceram a menosde um bilionésimo de segundo após o Big Bang(a “grande explosão”).

Cooperação em Pesquisa | Acelerador de partículas CERN


Quando os físicos de partículas vão caçar,eles levam grandes espingardas que dis-

param balas invisíveis. Em meados de 2008,eles abrirão a temporada de caça bem abaixodo solo na fronteira entre a França e a Suíça,perto de Genebra, de uma forma nunca vistaantes. Mais especificamente, eles farão comque as partículas colidam em um túnel em anel(tunnel ring) de 27 quilômetros, a níveis deenergia anteriormente inalcançáveis, em umatentativa de resolver alguns dos grandes mis-térios do Universo. Por exemplo: por que aspartículas têm massa? E o chamado bóson deHiggs é responsável por essa massa, como oModelo Padrão da física de partículas afirma?

Os cientistas estão trabalhando para concluiro Large Hadron Collider (LHC) em um local a 100metros de profundidade. O túnel é dominadopor uma tubulação de aço com 1,2 metro de es-

Resolvendo os mistérios do mundoO Laboratório Europeu para a Física de Partículas(CERN) está construindoum acelerador que foi projetado para resolver alguns dos grandes mistériosdo universo. Os componentesda Siemens desempenhamum papel-chave em garantirque os magnetos supercon-dutores do acelerador sejam mantidos abaixo de 271ºC.



A instalação do LHC poderá gerar energiamuito mais elevada do que seu predecessor, oacelerador LEP, era capaz de produzir. Tambémcriará um feixe com 100 vezes a densidade departículas. Esta alta “luminosidade” é muito im-portante, porque aumenta a probabilidade deuma colisão e, portanto, as chances de desco-brir o bóson de Higgs, que deve ser pelo menos100 vezes mais pesado do que um próton. Qua-tro grandes detectores colocados nos pontosem que os feixes se cruzam registrarão amatéria e a chuva de partículas criadas pelascolisões. Os experimentos deverão resultar emcerca de 15 milhões de gigabytes de dados porano. Os dados serão analisados pelos físicos emuma nova rede de computadores dedicados.Além de descobrir o bóson de Higgs, os cientis-tas do CERN esperam que o novo aceleradorforneça percepções para dentro do buraco ne-gro, que constitui cerca de 25% do Universo.

grande de líquido superfrio será transportadopor longas distâncias ao redor do anel, en-quanto a temperatura em todo o sistema derefrigeração não poderá desviar mais do que0,1ºC. Essas exigências colocam demandas ex-clusivas nos materiais utilizados. As unidades demagneto com 15 metros de comprimento, porexemplo, que são uniformemente conectadasuma à outra, encolherão 4,5 centímetros de -vido ao resfriamento. Amortecedores especiais(buffers) garantirão que o sistema permaneçaselado. Uma vez que as temperaturas ultra-baixas sejam atingidas, elas terão de ser manti-das por meses.

Controladores Especiais Mantêm Compo-nentes Refrigerados. A distribuição de hélio éregulada por válvulas especialmente projetadaspara uso nas temperaturas mais baixas. O sis-tema requer mais de 1.000 elementos com tu-

ocasionalmente falhar”. Em outra parte da instalação LHC, mais pre-

cisamente no Ponto de Acesso 1, um corredorestreito, fortemente iluminado, termina emuma porta de aço azul. Localizado atrás destaporta está o detector ATLAS – uma máquina dequase 50 metros de comprimento e 25 metrosde altura (correspondendo aproximadamente aum prédio de cinco andares). Nas paredes dasala de 53.000 pés cúbicos que aloja estamáquina, estão plataformas ascendentes demetal que permitem que os técnicos possam teracesso aos vários níveis do detector, que con-siste de vários milhões de componentes, muitosdos quais têm de se encaixar com a precisão deum centésimo de milímetro.

A zona interna do detector contém cerca dedez bilhões de transistores. O detector ATLAS éo maior arranjo de componentes experimentaisjá construído por físicos de partículas. Ele é basi-

Para manter os feixes de partículas exata-mente no curso, o LHC conta com os magnetosde supercondução, que precisam ser esfriadoscom hélio superfluido a uma temperatura demenos 271ºC. “Se não usássemos esses magne-tos, a instalação teria de ter 120 quilômetros decircunferência e exigiria 30 vezes mais energia”,diz Laurent Tavian, que é responsável pelos sis-temas criogênicos do CERN. Ele explicou que en-quanto os magnetos convencionais alcançam in-tensidade de campo de aproximadamente doisteslas, as bobinas/molas magnéticas supercon-dutoras alcançam oito teslas e, assim, podemdobrar bruscamente os feixes de partículas. Noentanto, mais de 1.600 magnetos superfrios sãonecessários para alcançar este resultado. “Basi-camente, estamos construindo o maior refrige -rador do mundo”, brinca Tavian, acrescentandoque a “Siemens tem um importante papel noprojeto”.

A maior instalação até hoje necessitou de3.600 litros de hélio superfluido pressurizado; oLHC precisará de aproximadamente 600.000litros. É a primeira vez que um volume tão

bos de comunicação de suprimento e retorno,que controlam o resfriamento dos magnetos ede outros componentes. As válvulas serãomovimentadas por unidades impulsionadas porar comprimido, cuja posição será regulada pe-los controladores de posição da Siemens. “Nãopodemos usar controladores normais Sipart PS2diretamente no anel”, diz o gerente de produtoKlaus-Peter Heer, do setor Industry, em Karls-ruhe, na Alemanha. “Isso ocorre porque a radi-ação é muito intensa, a ponto de afetar ou des-truir os sensíveis sistemas eletrônicos”.

Para resolver esse problema, os desen-volvedores criaram uma versão dividida docontrolador de posição Sipart PS2, que tem to-dos os microprocessadores localizados em umtúnel separado, próximo à prova de radiação.“Os componentes da Siemens são cruciaispara o controle do processo de resfriamento”,diz Tavian. “Se um dos controladores deposição parar de funcionar, é possível em al-guns casos fazer com que outros assumamseu lugar. Mas, na maioria dos casos, amaquinaria toda de refrigeração poderia

camente feito de três sistemas de detecção. OATLAS também tem oito magnetos supercondu-tores. “Mais 130 de nossos controladores deposição na versão dividida serão utilizados aquitambém”, diz Heer. A Siemens entregou 1.400controladores de posição Sipart na versão divi-dida e 400 convencionais.

Os complexos controladores de posição nãosão as únicas soluções que a Siemens forneceu aoLHC ou ao CERN. Nos últimos dez anos, a em-presa também entregou diversos produtos, comodispositivos de controle Simatic, componentespara fornecimento de energia, computadores elaptops. Conforme se aproxima a conclusão doprojeto, milhares de cientistas de todo o mundomal podem esperar para a instalação ser ligadaem maio de 2008. Laurent Tavian é um deles.“Uma coisa é certa”, ele diz, “se há uma partículaHiggs, vamos achá-la muito rapidamente”. E senão houver bóson de Higgs? “Aí é que as coisasvão ficar muito emocionantes. Poderemosacabar descobrindo algo inesperado, que poderámudar a face da física de partículas como nós aconhecemos”. Norbert Aschenbrenner


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28 Agüentando o Calor O conteúdo energético de umcombustível pode ser exploradode maneira mais eficiente a tem-peraturas de combustão mais ele-vadas. Novos tipos de revestimen-tos fazem as lâminas de muitasturbinas mais resistentes ao calore à corrosão.

31 Proteção Feita com PrecisãoBlindagem de cerâmica contracalor desenvolvida e produzidapela Siemens protege as câmarasde combustão de turbinas a gás.

36 Plásticos: Um Mercado em Crescimento Bactérias que crescem no campopodem produzir plásticos orgâni-cos. Estes novos materiais podemser utilizados para fabricar produ-tos eletrônicos que respeitam omeio ambiente.

38 Pegando Vento

metros de comprimento podemproduzir até 3,6 megawatts.

1500 megawatts.

42 Energia Verde para o Mundo A produção de combustível apartir da cana-de-açúcar é umaalternativa aos derivados dopetróleo. A Siemens fornece

Destaques

2020Nanopartículas na fachada do Hotel Retro

high tech substituem os aparelhos de ar

condicionado (1). Os pisos do hotel são repe-

lentes à água e à sujeira (2). Fibras luminosas

são tecidas nas roupas (3), revestimentos de

cerâmica nas lâminas das turbinas (4) garan-

tem alta eficiência energética. Supercaps (5)

armazenam a energia dos freios de um

sistema ferroviário; e as partículas nano nas

tintas dos carros consertam os pequenos

arranhões (6).


Materiais para o Meio Ambiente | Cenário 2020


Em 2007, a Siemens instalou

soluções para este setor que tambémestá gerando bioeletricidade.

Pás de rotor com até 52


Está quente lá fora – o que combina com otema “Roma Antiga”. Tenho de correr ou

chegarei atrasado. É ótimo que a administraçãodo novo hotel tenha organizado um evento deinformações como este para os gerentes de ho-tel como eu. E estou realmente entusiasmadocom o que vou ver aqui, especialmente, porquenosso próprio hotel precisa muito de uma re-forma. Uma coisa que precisamos fazer é baixaro nosso consumo de energia. Bem, este prédiofica ótimo brilhando difusamente à luz do sol.É iridescente! Ora fica vermelho, ora fica azul,agora está roxo... “Bem-vindos, senhoras esenhores, ao nosso novo Retro Hotel high-tech.Tenho o prazer de lhes contar tudo sobrenossa nova jóia atual”, diz a gerente do hotelcom orgulho.

Oh, não! Parece um longo tour. “Mas,primeiro, vou lhes oferecer alguns refrescos”,ela continua. Suco gostoso, supergelado, emum cálice romano – muito refrescante. Porém,esperem: o que são essas togas? Eles não es-peram que eu vá usar uma toga, ou será quesim? “Tudo aqui se enquadra perfeitamentecom nosso tema. Vá em frente, experimente asroupas feitas por uma de nossas empresas par-ceiras. Unidades de armazenamento de energiaflexível são integradas ao tecido e fornecemenergia para iluminar os diodos tecidos nopano. Essas pequenas luzes spot são tambémetiquetas com nomes”. “Agora, por favor, meacompanhem. A fachada externa do prédio érealmente fantástica. A tinta das paredes con-tém nano partículas metálicas que funcionamcomo um ar condicionado, deixando entrar so-mente o calor do sol quando os quartos no pré-dio não estão suficientemente aquecidos.Quando a temperatura externa cai abaixo de23ºC, as nano partículas são retidas em um tipo

Outubro de 2020. Na inauguração deum hotel de luxo, representantes do

setor de hotelaria chegam para admirarsuas inovações: o edifício pode gerar

quase toda a energia de que necessita,graças em parte aos materiais

empregados na construção.

RevolucionáriosInvisíveis


quer um que chegue perto de nossa fonte da ju-ventude, como a chamamos, recebe um alertade sensores vibratórios integrados ao piso”.Olho para baixo e vejo um maravilhoso piso demosaico romano antigo. “O mosaico no lobby,bem como a mobília, são selados com revesti-mento que repele a sujeira”, a gerente continua.“A recepção e a mobília dos apartamentos sãofeitas de plásticos orgânicos – é difícil acreditarque a cadeira de aspecto antigo ali é feita degoma ou açúcar, você não acha?”

Gostamos de usar materiais que respeitam omeio ambiente porque eles geralmente mudamo tema de nosso hotel duas vezes ao ano, inclu-sive toda a mobília interior. Não são necessárioscombustíveis fósseis para fabricar a mobília. Equando a jogamos fora, a mobília emana nãomais dióxido de carbono do que as plantas dasquais são feitas absorviam do ar enquanto es-tavam vivas. Todos os produtos da decom-posição também são atóxicos. Ah, um mo-mento! Acabo de receber uma mensagemurgente de nosso serviço de segurança. Com li-cença, alguém aqui é o dono de um sedan comportas retráteis de placa M-UZ-2000?”

Sim, é meu... “Parece que um de nossoshóspedes bateu em seu carro ao estacionar,mas não aparenta ser nada sério”. Ele tevesorte, parece ser apenas um pequeno arranhãoque se consertará sozinho, porque em apenaspoucas horas, a tinta da carroceria regeneraráa pintura. Portanto, não precisarei levá-lo àoficina.

“Para concluir, senhoras e senhores, gostariade lhes mostrar o serviço sobre trilhos. O RetroHotel high tech patrocinou a construção de umnovo sistema de trem de curto percurso que res-peita o meio ambiente e também compartilha osseus custos de funcionamento. Este sistema so-bre trilhos, que recebeu recentemente umprêmio ecológico, tem vagões equipados commotores elétricos e capacitores de dupla camada,chamados de supercaps. Ao aproveitar a energiacinética liberada quando o trem freia, os mo-tores servem como geradores”. Assim, a energiaganha é armazenada nos supercaps e reutilizadaquando o trem entra em movimento de novo.

“Este sistema de recuperação de energiasozinho reduz o consumo energético em cercade 25%. Eu bem que gostaria de ter mostrado avocês os apartamentos do hotel, que rece-beram um prêmio de design. Mas como esta-mos lotados, espero que vocês entendam quenão poderei fazer isso. Como prêmio de conso-lação, vamos dar a cada um de vocês uma togaromana e um certificado de presente do hotelpara estada de uma noite. Espero poder darboas-vindas a vocês novamente aqui, no anoque vem, quando o nosso tema será “na Cortedo Rei Sol”. Ulrike Zechbauer

de invólucro protetor, o que significa que osraios de calor podem penetrar no prédio.Quando a temperatura sobe acima de 23ºC, aspropriedades materiais do invólucro protetormudam e as nano partículas são liberadas, porassim dizer, e recomeçam a sua tarefa de refletiro calor. Em dias quentes como hoje, elas agemcomo um isolante”.

“E o que acham da própria fachada”? Per-gunta a charmosa gerente do hotel. “Depen-dendo da temperatura e do ângulo da luz dosol, nosso hotel reluz em cores diferentes. Hátambém nano partículas na tinta externa quetornam a fachada repelente à água e à sujeira”.Não há diversão para grafiteiros aqui.

“No telhado, vocês podem ver nossa grandeunidade de energia solar, que fornece águaquente. Também temos outras células solaresde última geração, com uma seqüência de ca-madas que fornecem utilização otimizada da luzsolar. Estas células fornecem eletricidade paraas paredes iluminadas em 3D que mostram es-culturas, templos e cenas cotidianas romanas.

“Além disso, temos energia eólica e insta-lações geotermais na área, portanto nossosaldo em CO2 é muito impressionante, comodevem imaginar. De fato, em vez de termos decomprar créditos de carbono, estamos capacita-dos a vendê-los. Falando em abastecimento deenergia, se tiverem tempo mais tarde, vocês de-vem ver a termelétrica de ciclo combinado, bempróxima daqui. Como amante da arte, devodizer que a arquitetura das instalações é fantás-tica – mas para aqueles de vocês que estão maisinteressados na tecnologia, vão achá-la fasci-nante também.”

“Agora, por favor, me acompanhem até olobby. Como vocês vêem, o lobby é o paraíso dailuminação e tenho certeza de que usa muitaeletricidade. Temos um sistema sofisticado e ex-tremamente eficiente em termos de energiaque consiste em lâmpadas que poupam ener-gia, diodos emissores de luz, sensores eeletrônica high-tech. Tudo isto reduziu o con-sumo de energia em quase 80% em compara-ção ao que é considerado normal. Todos oscorredores e apartamentos têm detectores demovimento e também misturam luz naturalcom artificial, o que não só contribui para umambiente de iluminação mais natural, comotambém conserva energia”. Qualquer um quesofra de jet lag (desconforto com viagens lon-gas) – e quase todos sofrem atualmente – podese recuperar com um chuveiro que funciona aoimpulso da luz em nossas termas romanas. Eeles até têm quedas de água, luzes baixas, jar-ras com vinho, óleos aromatizados e mesa demassagem – Oh! quase tropecei na fonte ali. Oque é esta estranha vibração sob os meus pés?A gerente do hotel, sorri. “Você tem sorte! Qual-


| Tendências


Materiais para o Meio Ambiente | Cenário em 2020


PartículaspromissorasMateriais especiais aumentam a eficiência das termelétricas,mantêm o ar puro e limpam a água. Quanto menores aspartículas, mais efetivo o combate às substâncias prejudiciais e maior a qualidade do meio ambiente.

O Nanolab da Siemens está investigando como as

nanopartículas se comportam em solução, para

evitar que elas se amontoem e sejam aplicadas de

maneira homogênea nas superfícies.

As conseqüências serão dramáticas, salvose a velocidade da mudança climática

puder ser reduzida: seca, enchentes, fome, ex-tinção de espécies e migração em massa.Ainda assim, há tempo de evitar que o pioraconteça – se uma substancial redução nasemissões globais de gases de efeito estufa, taiscomo o dióxido de carbono (CO2), puder serobtida.

“Graças ao uso de novos materiais, podemosmelhorar a eficiência na geração, na transmis-são e no consumo de energia, tanto na partedos serviços de utilidade pública quanto dosconsumidores”, diz Thomas Grandke, chefe dodepartamento de Materiais & Micro-sistemas naSiemens Corporate Technology (CT).

Atualmente, a pesquisa de materiais está

partícula de uma substância específica, suascaracterísticas físicas e químicas, tais como con-dutividade elétrica, dureza, magnetismo ereatividade química permanecem as mesmas.Porém, tão logo entramos no mundo nano, es-sas propriedades mudam de uma forma fantás-tica”, explica Grandke. “Partículas na escalanano têm uma ampla área de superfície em pro-porção ao seu volume, e sofrem efeitos quan-tum-mecânicos”.

O resultado desta diferença básica é uma di-versidade de materiais totalmente novos.Abaixo de 150 nanômetros, por exemplo, o pig-mento branco do dióxido de titânio se torna umeficaz absorvedor de luz UV, e é o motivo peloqual a nanotecnologia está causando impactoaté em produtos como cosméticos (loções para

passando por uma verdadeira revolução. No en-tanto, os próprios revolucionários são com fre-qüência invisíveis a olho nu. Muitos deles sãomenores do que 100 nanômetros – umnanômetro é um bilionésimo de um metro.Cinco anos atrás, os institutos de pesquisa es-tavam orgulhosos quando produziam algunspoucos gramas das chamadas nanopartículas;hoje, cada vez mais produtores estão comer-cializando essas substâncias. O palco está mon-tado para o advento das aplicações industriaisem grande escala. Mas isto exigirá mais do queapenas nanopartículas de metal ou óxidos demetal que estão atualmente disponíveis nomercado.

Suas propriedades especiais não se desen-volvem completamente até que as nanopartícu-las tenham sido dotadas de determinadasfunções e firmadas em um meio estabilizado. Ésomente então que elas de fato abrem a portapara propriedades de materiais aperfeiçoadasou completamente novas – e, portanto, tam-bém para materiais que podem reduzir aindamais o peso para o ambiente. “Não importa se

bronzear). Outro exemplo é o ouro. Emboraconhecido como extremamente inerte e, por-tanto, um agente anticorrosão preferencial, oouro, como uma nanopartícula, é de fato ex-tremamente reativo – uma nova propriedadedo material que está agora sendo explorada nodesenvolvimento de novos catalisadores.

Mais uma vez, o motivo para isto é a dife-rença entre uma área de superfície dananopartícula e o seu volume. Enquanto umcubo sólido de um centímetro cúbico tem umaárea de superfície de seis centímetros quadra-dos, um cubo do mesmo tamanho preenchidode partículas, cada uma com 10 nanômetrosde diâmetro, tem uma área de superfície deaproximadamente 450 m2 – 740.000 vezesmais. “O que é importante é que cada elementoe cada estrutura, em princípio, podem serreduzidos à nanoescala, onde exibirá pro-priedades completamente diferentes”, dizGrandke.

Dr. Jens Dahl Jensen tem uma comparaçãoque causa impacto para explicar o tamanho domundo nano. “Imagine a Terra próxima a umabola de futebol, e a bola de futebol próxima a


você pega um bloco maciço ou uma pequena


Melhor Qualidade de Ar na Cabine. Apesquisa da Siemens para o projeto NanoBasetambém está focando em revestimentoscatalíticos altamente ativos – quando incorpo-rados em um conversor catalítico apropriadopoderá, por exemplo, decompor o ozônio no arao redor. “Estes conversores de ozônio pode-riam ser utilizados em unidades de ar condi-cionado de aeronaves”, explica Jensen.

A uma altitude de 10.000 metros, o ar con-tém até 550 ppb (partes por bilhão) de ozôniopor metro cúbico, o que significa que precisa sertratado antes de ser alimentado para a cabine.Isso ocorre porque o ozônio é um gás agressivoe nocivo. Os regulamentos estipulam umvolume máximo permitido de 100 ppb em umperíodo de três horas. Os atuais sistemas de arcondicionado das aeronaves transformam oozônio em oxigênio, mas somente a tempera-turas entre 150 e 200ºC antes de resfriá-lo paraa temperatura da cabine. A estas altas tem-

terno. Esses aviões não mais precisarão usar arque tenha sido aquecido pelos motores, a fimde alcançar temperaturas catalíticas.

Embora este objetivo esteja longe de ser ple-namente alcançado, um modelo inicial parademonstração deverá estar pronto dentro dedois anos. Isto permitirá converter ozônio a tem-peraturas bem abaixo de 100ºC. “Agora, esta-mos desenvolvendo este protótipo para o pro-jeto NanoBase em cooperação com EADS eoutros parceiros”, diz Jensen. “Estamos combi-nando um método apresentado no final da dé-cada de 1960 – o chamado processo químico deníquel – com nanotecnologia”. Como regra,estes revestimentos químicos de liga de níquel-fósforo estão sendo depositados em um mate-rial de base – principalmente materiais metáli-cos, mas cada vez mais plásticos e vidrostambém – para protegê-los contra desgaste ecorrosão. Este processo envolve mergulhar omaterial-base em um tanque de imersão.Sozinha, no entanto, a liga de níquel é má cata -lisadora. “Mas, se penetrarmos/embutirmos demaneira uniforme nanopartículas de metal ouóxido de metal na camada mais superior da liga,isto cria os chamados revestimentos de compos-

uma nanopartícula: esta é a escala de magni-tude de que estamos falando”. Jensen dirige ocampo de competência em nanopartículas naSiemens CT em Berlim e lidera o NanoBase, umprojeto patrocinado pelo Ministério de Edu-cação e Pesquisa (BMBF) da Alemanha, que en-volve a Siemens bem como outras empresas eestabelecimentos de pesquisa. O objetivo doprojeto é desenvolver novos tipos de revesti-mento na base de nanopartículas funciona-lizadas, as quais melhorarão as tecnologias exis-tentes e também possibilitarão novasaplicações de maneira total.

No Nanolab, Jensen e seus colegas estãoatualmente investigando como terão de modi-ficar as nanopartículas, a fim de lhes conferirpropriedades especiais. São considerações pri-mordiais aqui a segurança no trabalho e a pro-teção ambiental. No laboratório, são aplicadosregulamentos rigorosos. Os pesquisadoresrealizam experiências em ambientes contra

Revestimentos de compostos nano do ar condicionado

podem fornecer uma forma eficiente, do ponto de

vista energético, para limpar o ozônio antes que ele

entre na cabine de aviões, como o Airbus A380.

A nanotecnologia abre as portas para váriosmateriais com novas propriedades.

vapores (fume hood) e usam roupas de pro-teção. Da mesma forma, o ar condicionado dolaboratório é separado do sistema utilizadopara o restante do prédio. Tanto o ar que entraquanto o que sai é especialmente filtrado, afim de evitar que qualquer nanopartícula es-cape para a atmosfera.

“Os futuros produtos contendo nanopartícu-las terão de fixar estas substâncias em tinta deproteção ou revestimento de superfície. Temosde garantir que estas substâncias não possamescapar para o meio ambiente”, explica Jensen.“Quaisquer riscos potenciais à saúde desta fontetambém estão sujeitos à discussão no atual de-bate sobre particulados de diesel”.

peraturas, os conversores catalíticos usandometais preciosos podem decompor o ozônio demaneira eficiente em oxigênio.

O objetivo do projeto NanoBase da Ale-manha é desenvolver materiais que suportarãoa transformação do ozônio em oxigênio sem autilização de metais preciosos e a temperaturasbem abaixo de 100ºC, o que poderia dar maisflexibilidade aos projetistas dos sistemas de arcondicionado das aeronaves, tendo em vistaque os conversores não seriam mais depen-dentes do uso de altas temperaturas. Isto seráespecialmente importante para aviões que, porexemplo, usam compressores elétricos parachegar à pressão da cabine utilizando ar ex-

Materiais para o Meio Ambiente | Tendências



tos nano, com altas propriedades catalíticas”, explica Jensen.

Estes revestimentos modificados decom-põem ozônio a temperaturas muito mais baixase também funcionam muito mais depressa doque acontece com conversores convencionais.Os pesquisadores da Siemens estão atualmenterefinando o processo de deposição e testandouma variedade de nanopartículas, o que é umatarefa que consome muito tempo. “Apenasmanter as nanopartículas estáveis e verificarque elas não se amontoem em um tanque deimersão e afundem até a parte inferior dotanque já é uma ciência em si”, diz Jensen.“Outro grande desafio é garantir que elas este-jam embutidas de maneira uniforme na liga deníquel. Utiliza todo o nosso know-how e nósainda aprendemos algo de novo todos os dias”.

Porém não é só o setor aeroespacial que estáinteressado nesses catalisadores de alta tec-nologia. “Em apenas alguns anos, poderemosmuito bem ver nossos revestimentos denanocompostos em trens e em carros de altavelocidade. É um mercado enorme”, diz Jensen.“Em vagões, por exemplo, eles poderiam serusados não só para ar condicionado, mas tam-bém para manter limpas as carrocerias dosveículos. Isso ocorre porque as superfícies cata-liticamente ativas e autolimpantes tambémseriam impenetráveis a grafite”.

Isto representaria um grande benefício paraas empresas de transportes sobre trilho, que gas-tam atualmente uma grande quantidade detempo e dinheiro para remover a tinta emaerosol. São necessários dois a três funcionáriostrabalhando um dia útil inteiro para limpar umtrem suburbano, por exemplo. Com freqüência,o grafite só pode ser removido com o auxílio depoderosos produtos químicos que não só dãosumiço aos rabiscos e garatujas como também àpintura e aos revestimentos por baixo.

“Somente a Deutsche Bahn, empresa respon-sável pelas rodovias alemãs, poderia poupar

dezenas de milhões de euros nesta área todosos anos”, diz Jensen. “Outra alternativa: reves-timentos de nanocompostos também podemser utilizados nos elementos de filtração parasistemas de tratamento de água. Além disso,eles podem aumentar a sensibilidade dos sen-sores químicos utilizados para detectar rápida efacilmente drogas e explosivos”.

Resistindo aos Elementos. Além do desen-volvimento de revestimentos catalíticos alta-mente ativos, o projeto NanoBase também estáexaminando revestimentos de proteção apri-morados para produtos e sistemas utilizadosem engenharia elétrica e transportes. Atual-

sivos nano que oferecem o efeito de uma bar-reira radicalmente melhorada. “Em nossos labo-ratórios em Erlangen, estamos sintetizandonanocompostos na base de silicatos modifica-dos em lâmina (modified sheet silicates). Estesconsistem de nanopartículas com a espessurade um nanômetro e comprimento e largura de500 nanômetros. Estas dimensões geram oefeito de barreira desejado. Só para dar umexemplo, as moléculas de água levam cerca dedez vezes mais tempo para penetrar nesterevestimento em comparação com as tintasconvencionais de proteção”, explica Gröppel

E, mais ainda, as tintas protetoras conven-cionais têm uma desvantagem adicional. Em

Nanopartículas embutidas em metal (pontos turquesa) aumentam significativamente a

eficácia catalítica do revestimento (à esquerda). Esses catalisadores poderão decompor

substâncias, como o ozônio, com mais rapidez e usando menos energia (acima). No

Nanolab de Siemens, em Berlim, uma amostra é revestida de nanopartículas (à direita).

Catalisadores do futuro funcionarão com maisrapidez e mais eficiência, usando menos energia.

mente, invólucros de plástico são normalmenteutilizados para proteger componentes e sis-temas eletrônicos contra os elementos. Aindaassim, isso nem sempre é suficiente, especial-mente quando os componentes são expostos acondições severas, tais como aquelas nos com-partimentos do motor do veículo e emmaquinaria industrial.

As moléculas de água, ar ou gases prejudici-ais podem penetrar no plástico e fazer com queos componentes eletrônicos dentro dele come-cem a falhar. “Isto pode até fazer parar fábricasindustriais completas ou sistema de controle detráfego, algumas vezes com conseqüênciasmuito sérias para a segurança humana e o meioambiente, sem deixar de mencionar o impactofinanceiro”, diz Peter Gröppel, químico naSiemens CT, em Erlangen.

Da mesma forma, a vida útil dos LEDsorgânicos diminui acentuadamente quandoeles são expostos à umidade e ao oxigênio. Porisso, Gröppel trabalha em novas tintas e ade-

muitos casos, elas contêm solventes orgânicosque são prejudiciais ao meio ambiente. “No pro-jeto NanoBase, nossa meta para 2009 é desen-volver uma nanotinta protetora sem solventes ebaseada em água que também possui pro-priedades de produto muitíssimo aper-feiçoadas”, declara Gröppel.

Os visionários do campo da nanotecnologiajá estão sonhando com o desenvolvimento deuma tinta que se conserta sozinha. As pessoasnunca mais precisariam se preocupar sobre pe-quenos arranhões em seus carros. Em vez disso,as nano cápsulas na tinta abririam na extremi-dade de um arranhão, liberando um catalisadorque reagiria com os outros componentes natinta. Tais componentes poderão conter peque-nas gotas de polímero menor funcionalizado.Estes preencheriam e selariam o arranhão antesque o metal por baixo pudesse começar a cor-roer, com o resultado de que o veículo teria no-vamente a aparência de novo em folha.

Ulrike Zechbauer

O ar flui por um canal especializado preparado com nanopartículas catalíticasque oxidam as substâncias gasosas. So

urc

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Entra

Sai

Catalisador


Agüentando o calora gás e vapor ainda mais resistentes ao calor e à corrosão.Isto resulta em maior eficiência e menor consumo decombustível, ajudando a diminuir a poluição ambiental.


Como é do conhecimento de todo cozi-nheiro, uma pitada de sal pode transformar

um prato sem gosto em algo muito apreciado.Mas o tamanho da pitada é sempre umaquestão de experiência, e algumas vezes elatem de ser misturada com outros condimentospara se conseguir o paladar certo. A lição não se

Um revestimento de 300 micrometros desenvolvido

por Werner Stamm (abaixo) aumenta a vida útil das

lâminas da turbina, incluindo as da maior turbina a

gás do mundo (na extrema direita).

perde com Werner Stamm – o principal chefede pesquisa de materiais da divisão Fossil PowerGeneration, em Mülheim an der Ruhr, na Ale-manha. Stamm está sempre pensando em no-vas “receitas” para as quais jamais recebeuprêmios de culinária, mas em vez disso, 52patentes e o título de “Inventor do Ano de

2006”. Isso porque suas receitas ajudam a

sistentes ao calor e à corrosão. O último tempero na cozinha de Stamm é o

rênio, um metal raro, caracterizado por pontode fusão muito elevado e alta densidade. Adi-cionar 1 a 2% de rênio a uma mistura de


Materiais para o Meio Ambiente | Otimizando Palhetas de Turbinas

Novos materiais estão tornando as palhetas das turbinas

tornar as palhetas das turbinas a gás mais re-


cobalto, níquel, cromo, alumínio e ítrio (oschamados revestimentos MCrAlY) impregna amistura complexa de propriedades extra-ordinárias.

A elevadas temperaturas, a mistura formauma barreira de óxido de alumínio na superfície

oxigênio em um gás de combustão. O rêniomelhora as propriedades mecânicas do revesti-mento protetor e simultaneamente evita que oalumínio difunda no material da base. “O reves-timento faz com que o material da base pare deoxidar”, diz Stamm. Sem ele, a base de liga deníquel na lâmina sobreviveria somente 4.000horas em funcionamento a temperaturas máxi-mas. No entanto, com o revestimento, a ligapode agüentar contra o oxigênio mais de25.000 horas, mais do que as operadoras determelétricas exigem como um mínimo.

O revestimento de Stamm, com somente300 micrometros de espessura, tem tambémoutra função – servir como agente para as ca-madas de isolamento térmico de cerâmica.Tendo em vista a temperatura do gás de aproxi-madamente 1.500ºC, este sistema composto deagente adesivo e cerâmica – em conjunto comum sistema especial de resfriamento, que sopra

para cerca de 950ºC. Os sistemas de revesti-mento isolante térmico mais novos podem aco-modar temperaturas de superfície cerâmica deaté 1.350ºC.

Vale a pena lutar pelos pontos percentu-ais. Mas Stamm e seus colegas ainda não estãosatisfeitos, porque conforme a temperatura au-menta, a eficiência do sistema (a quota de ener-

megawatts – turbina a gás do mundo, que aSiemens entregou à usina da E.ON, em Irsching,em 2007. Os planos são de que a gigantescausina será usada em conjunto com umaturbina a vapor a partir de 2011 – um sistemaque deverá ultrapassar a marca de 60% de efi-ciência (veja página 32). “Isto nos impulsionapara uma nova região da tecnologia”, diz Johannes Teyssen, diretor de operações daE.ON AG, em Dusseldorf. “E esperamos que amaior eficiência resulte em custos menores degeração de energia.”

Mais eficiência poderia ser obtida reduzindo

pois o ar usado aqui é levado através da turbina,assim baixando a eficiência. No entanto, menosresfriamento de ar aumentaria a temperaturada primeira fileira de lâminas em mais de 100ºC

cerâmica completa, que não necessitará serresfriada. “Isto, porém, ainda demorará algunsanos, mas as pessoas diziam isso há 15 anos”,diz Stamm.

A aquisição da Westinghouse pela Siemenstrouxe nova vida para o desenvolvimento dacerâmica e os engenheiros estão agora ten-tando aumentar as temperaturas – e com elas,a eficiência – utilizando óxido de cerâmica.Outras empresas no setor estão optando porum material-base de carboneto de silício, cuja

diamantes. O carboneto de silício é um materialde alta resistência que tem uma importantedesvantagem. Ele oxida quando em contatocom o oxigênio em altas temperaturas – e ooxigênio é algo que as turbinas a gás têmem grande quantidade. Os pesquisadores da

gia útil obtida da combustão) melhora. E com opreço das matérias-primas subindo, as operado-ras e os projetistas de termelétricas estão lu-tando para obter ganhos de apenas décimos deum ponto percentual. Esta foi a fundamentaçãológica por trás do desenvolvimento da maismoderna e também maior – com saída de 340

derem aumentar as temperaturas da superfíciedo material de cerâmica e reduzir a formaçãode óxidos na camada McrAlY, tanto a eficiênciacomo a vida útil da turbina poderiam ser au-mentadas significativamente. E, em últimaanálise, as cerâmicas especiais são apenas umpasso intermediário no caminho para a

Siemens estão, portanto, focando no desen-volvimento de óxido de cerâmica que já reagiucom oxigênio. A rigidez mais baixa do materialnão é um empecilho, tendo em vista que o maisimportante é sua expansão útil real, que émaior do que a do carboneto de silício.

de ser reforçadas se tiverem de sobreviver às25.000 horas de funcionamento que osclientes exigem delas. Isso acontece porque acerâmica é quebradiça. Por isso, Ulrich Bast, daSiemens Corporate Technology, em Munique,junto com seus colegas em Orlando, naFlórida, estão desenvolvendo e testandocerâmica de fibra reforçada.

Generation 50plus. A E.ON planeja começar aconstruir a nova geração de termelétricas de va-por movidas a carvão em 2014, que alcançaráuma eficiência de mais de 50%. Diversos proje-tos preliminares estão em andamento para o“Generation 50plus”, com a Siemens traba-lhando no desenvolvimento de componentespara a termelétrica. No centro de geração deenergia de Scholven, próximo a Gelsenkirchen,Alemanha, por exemplo, o projeto COMTES700está testando materiais para usar em caldeiras,tubulação e turbinas que estarão expostas atemperaturas do vapor a 700ºC. Esta alta tem-peratura permitirá que as novas usinas dêem umsalto em eficiência do máximo de hoje, que é46%, para 50%. Mas temperaturas mais ele-vadas não serão suficientes, de acordo comErnst-Wilhelm Pfitzinger, gerente de projeto paraa turbina de 700º, em Mülheim. Pfitzinger dizque atingir o ponto percentual final dependerá

Termelétricas a vapor movidas a carvão com mais de 50%de eficiência deverão estar funcionando em 2014.

– o que é demais para os materiais usados atualmente. A turbina a gás em Irsching já temum sistema de refrigeração ótimo – graças aorevestimento de proteção MCrAlY de WernerStamm. Entretanto, conforme Stamm chama aatenção, não será possível determinar exata-mente como a turbina gerenciará o esforço atédepois que ela estiver operando normalmentepor diversos anos. “Os laboratórios e asmáquinas de verdade são duas coisas dife -rentes”, diz ele.

Os revestimentos de proteção resistentes eisolantes de calor, como o de Stamm, ofere-cem um potencial enorme ainda não explo-rado. Se, por exemplo, os pesquisadores pu-


MCrAlY que protege as palhetas das turbinas do

metal na primeira fileira de palhetas de 1.200

o resfriamento do ar nas palhetas da turbina,

estrutura e propriedades se assemelham à dos

Ainda assim, as palhetas de cerâmica terão

tas – reduz a temperatura da superfície deo ar em pequenos jatos estreitos para as palhe-


mentos com raios-X e ultra-som não conseguempenetrar com profundidade suficiente no metal. Oprocessamento de ligas nos componentes forjadose fundidos nas paredes espessas também neces-sita de um recálculo complicado dos dados dosmateriais que levam em conta a atmosfera do va-por escaldante. Este esforço aumenta os custos – ea nova liga também é cinco vezes mais cara doque aço de alta qualidade para as turbinas.

Bettentrup não precisa se preocupar muito como calor. Gerente de projeto para desenvolvi-

2

deverá ser utilizada na usina da E.ON, emIrsching. Nem os motores a jato do Airbus A380chegam perto disso.

Há um motivo simples para a gigantescaroda ser tão atraente para os clientes. Umaturbina de 16 m2 pode substituir duas de oito,o que economiza muito dinheiro em termos deespaço, rolamentos e tubulação. Ela é umgrande desafio para desenvolvedores, no en-tanto, já que as forças centrífugas associadascausam grandes resistências às lâminas. A3.000 rotações por minuto, várias centenas de

de achar um local favorável com boas condiçõesde resfriamento – como o Mar Báltico. No estudoconhecido como NRWPP700, diversos parceiros,incluindo a Siemens, já estão projetando umausina de demonstração cujos componentesagüentaram temperaturas de vapor a 720ºC.

Embora 720º possam parecer quase refres-cantes em comparação com as temperaturas in-fernais na turbina de gás, as exigências feitas emturbinas de alta e média pressão são, apesar detudo, enormes. Além do calor, há também a re-sistência de 250 bares de pressão; na usina daE.ON 50plus, isso possivelmente deverá aumen-tar para 350 bares. Em comparação, uma turbinanormal a gás está sujeita a uma pressão de so-mente cerca de 25 bares.

Os engenheiros que constroem a turbina a va-

por na fábrica de Mülheim podem contar com aprofunda experiência de seus colegas de desen-volvimento de turbinas a gás, mas o processa-mento dos materiais é extremamente difícil. En-

eixos na turbina a gás têm um design de filigrana e

forjados das grandes turbinas a vapor podem teraté um metro de espessura e seus componentesindividuais podem pesar mais de 20 toneladas.Além disso, depois de processados, todos os com-ponentes não podem desviar dos formatos pré-calculados mais do que poucos centésimos demilímetro. As costuras soldadas com 20 centíme-tros de largura exigem o uso de técnicas de sol-dagem totalmente novas e, acima de tudo, novosmétodos de teste, da mesma forma como procedi-

mento na Siemens PG, Bettentrup projeta novas

gio das turbinas a vapor de baixa pressão, quesão geralmente utilizadas em conjunto com asturbinas de alta e média pressão. O vapor nastrês turbinas expande gradualmente e depoisenfraquece no final, resfriando para 30ºC a umapressão de 45 milibares. A expansão aumentarapidamente o volume do fluxo, no entanto, oque significa que a última roda tem de ser a

Siemens para funcionamento em estágio finaltem uma superfície de fluxo de 12,5 m2. “Atendência é no sentido de áreas cada vezmaiores”, diz Bettentrup, motivo pelo qual ele esua equipe estão buscando construir umaturbina a vapor com a maior área de roda de

Alguns componentes pesam 20 toneladas, mastêm tolerâncias de poucas centenas de milímetros.

ranhuras que as unem ao rotor. O aço conven-

para agüentar isso, o que faz com que os en-genheiros necessitem de um material muitorígido e também leve, assim reduzindo a forçacentrífuga. Eles agora decidiram usar o titânio,um metal caro, com acabamento opaco aceti-nado, que também é popular com os joa -lheiros. O titânio pesa perto da metade do queo aço normal para turbinas, é mais forte e apre-senta boas propriedades de resistência à cor-rosão. A capacidade do titânio de amortecer asoscilações, no entanto, é ligeiramente menordo que a do aço, e por estes motivos, as lâmi-nas de titânio são equipadas com ligas especi-ais para suportar os elementos. A estrutura

complexa. A maioria dos fabricantes agora oferece

suas turbinas de baixa pressão, mas nenhumousou construir uma tão grande quanto a quea Siemens está planejando. Os testes e expe-riências projetados para superar as dificul-dades ainda precisam ser realizados antes deo projeto ser aprovado. Mas todos osparâmetros operacionais já foram testadospor cerca de dois anos, usando uma turbinapequena como modelo. A tarefa da equipe de

gar o material no projeto ideal, a custos fa-

titânio é complicada – e, conseqüentemente,mais dispendiosa – do que o processo conven-

cionais são gerados pelos preços altos e cadavez mais voláteis das matérias-primas. Apesardisso, os cálculos de Bettentrup demonstramque “ela realmente se pagará para nossosclientes”. Bernd Müller

Ano 1981 2001 2004 2015

EficiênciaPlanta a vapor

Redução naemissão de CO2

37.5% 42% 47% >50%

-11%

Planta a vapor de Bergkamen

Planta a vaporIsogo 1

Planta de referênciaem NRW

Planta a vapor 50plus (E.ON),

500 MW

Linha base (projetada para

500 MW)

-20.2% -25%

Desenvolvimento da tecnologia de turbina a gás

Ano 1992 1996 2001 2010

EficiênciaPlanta de ciclo

combinado

Redução naemissão de CO2

52% 56% 58% 60%

-7.1% -10.3% -13.3%

Planta de ciclo combinado Killinghone

Planta de ciclo combinado

Didcot


Mainz-Wiesbaden


Irsching 4, 530 MW

Linha base (projetada para

530 MW)


Materiais para o Meio Ambiente | Otimizando Palhetas de Turbinas

palheta do mundo – 16 m . A turbina também

Maior Palh eta de Turbina do Mundo. Jörn

cional das palhetas não é suficientemente forte

toneladas atuam nas bases das Palhetas e nas

deste sistema de palhetas é extremamente

palhetas de titânio para os estágios finais de

desenvolvimento da palheta, agora, é empre-

voráveis, pois a produção de palhetas de

cional de palhetas de aço. Outros custos adi-maior. A maior roda de palheta feita pela

quanto os receptáculos e invólucros, palhetas e

são formados de placas e palhetas finas, os eixos

palhetas de movimentação para o último está-

Desenvolvimento da tecnologia de turbina a vapor


| Blindagens de Cerâmica Contra Calor

Proteção Feita com PrecisãoA cerâmica protege as turbinas a gás de gases de combustão que “uivam”. Desenvolvendomateriais e processos de produção de proteção, a Siemens obteve vantagem competitiva.

Blindagens de cerâmica contra calor, feitas sob enco-

menda (à dir), são a alma da câmara de combustão

(à esq). Materiais otimizados para blindagem são

testados em instalação especial (parte inferior).

No centro da chama de uma vela, onde aspartículas emitem fuligem com mais inten-

sidade, a temperatura chega a alcançar entre1.000 e 1.200ºC. No entanto, para umaBlindagem de Calor feita de Cerâmica daSiemens Ceramic Heat Shield (CHS), o calor sibi-lante da chama da vela seria pouco mais do queuma brisa fresca. Essas blindagens de calor têmde ser capazes de agüentar temperaturas de1.500ºC. Essa é a temperatura alcançada no in-terior de uma câmara de combustão anular deuma turbina a gás – e, portanto, no lado quentedo revestimento cerâmico, que consiste de até500 azulejos CHS.

No lado inverso “frio”, em contraste, a tem-peratura cai para aproximadamente 600ºC.“Portanto, o efeito isolante fornecido por esteisolamento em cerâmica, de quatro centímetrosde espessura, chega a 900º,” explica VassiliosPapadopoulos, gerente de Produto CHS daSiemens, em Berlim. “Sem essa proteção, asparedes de metal da câmara de combustão sederreteriam muito rápido e a máquina seriadestruída instantaneamente.”

Além do calor, a resistência mecânica dentroda câmara de combustão da turbina a gás étambém extrema. O gás, correndo a veloci-

dades de até 100 metros por segundo e pare-cendo um tornado da categoria F4 – o segundomais forte – ruge dentro da câmara de com-bustão, constantemente atacando a cerâmica.No entanto, a CHS pode agüentar tudo – em-bora suas condições de funcionamento sejammais duras do que aquelas enfrentadas por umaespaçonave. “As blindagens ao calor feitas comcerâmica de uma espaçonave são inspe-cionadas detalhadamente após cada lança-mento e aterrissagem”, diz Holger Grote, espe-cialista em materiais e líder da equipe da CHS,em Mülheim an der Ruhr. “Em contraste, nossasmáquinas têm de passar por muitas milharesde horas de funcionamento antes que seuscomponentes possam ser inspecionados.”

Produção interna. Ao longo dos anos, o de-sempenho das turbinas a gás aumentou continu-amente (página 28). Isto foi alcançado princi-palmente fazendo subir as temperaturas dacâmara de combustão. Como regra geral,quanto mais elevada a temperatura, melhores odesempenho e a eficiência da turbina. Para amesma energia elétrica, é necessário menosgás natural e, conseqüentemente, é produzidomenos dióxido de carbono. “É claro que, conse-

qüentemente, as exigências para a blindagemde calor também aumentam”, diz Papadopou-los. “Antes de 2006, ainda estávamos com-prando nossas unidades da CHS de empresasexternas. No entanto, os prazos de desenvolvi-mento de nossos fornecedores eram relativa-mente longos. Eles não tinham como acom-panhar a velocidade da inovação de nossasturbinas a gás. Naquela época, comparamosnossa própria competitividade com a de em-presas como a General Electric e, diferente-mente de nossos concorrentes, decidimos nosenvolver em toda a cadeia de valor associadacom os componentes totalmente cerâmicos”,diz Grote.

Os planos consideraram que as blindagensao calor em material cerâmico deveriam serproduzidas e otimizadas internamente. Paraconcretizar este alvo, a Siemens montou umcentro de testes de materiais, em Mülheim. “Ocerne da instalação são áreas de teste especiaispara caracterização térmica ou termomecânicada cerâmica. Entre 2003 e 2005, estudamosuma grande variedade de diferentes combi-nações de materiais”, disse Grote. “Testamosqual o desempenho do material de cerâmica a1500ºC, por exemplo. Depois de dois anos de


EficiênciainigualávelA maior turbina do mundo, com saída de 340 megawatts, entrou em funcionamento experimental em novembro de 2007. Em combinação com uma turbina a vapor downstream, ela ajudará a garantir que a nova terme-létrica de ciclo combinado alcance eficiência recorde demais de 60% quando entrar em funcionamento, em 2011.


| A Maior Turbina a Gás do MundoMateriais para o Meio Ambiente

pesquisa, surgiu claramente o material que erao melhor candidato. Mais robusto do que o ma-terial utilizado anteriormente, com melhor re-sistência às mudanças de temperatura – e aomesmo tempo tendo uma vida útil mais longa.Eram características muito atraentes para ocliente, porque uma CHS que permanece in-tacta por mais tempo também não precisa sersubstituída com freqüência, o que reduz os cus-tos de manutenção da usina”.

Mas a CHS não foi o único desenvolvi-mento. Todo o processo de produção tambémfoi modernizado. A produção nas instalaçõesde Berlim começou em março de 2006, depoisde um prazo de construção recorde de 12meses. “Usamos um processo exclusivo nomundo”, que inclui produzir material CHS dematérias-primas em quantidades com precisãode uma grama, processando o material e usandoequipamento especial para enformar, equeimando as blindagens cerâmicas contra ocalor. O resultado é CHS elaborado com pre-cisão – com o máximo de variações em compri-mento e largura a precisão é de quatro décimosde milímetro”, diz Papadopoulos. “Trata-se deuma importante vantagem porque os fornece-dores externos utilizam processos diferentespara produzir suas blindagens de calor, que en-tão necessitam ser retrabalhadas – e qualquerpessoa que já retrabalhou cerâmica sabe oquanto de trabalho está envolvido”. Cadablindagem de calor é inspecionada individual edetalhadamente antes da entrega, e ablindagem que apresentar a menor das fissuras,por exemplo, é rejeitada. “A Siemens tambémcriou um Sistema de Gerenciamento da Quali-dade Total para essa linha de produção”, relata Grote.

Produção Feita sob Medida. Se uma CHSdemonstrar danos, a causa pode ser descobertarapidamente, porque as blindagens de calorlevam um número designado durante seuprocesso de produção, que também garante arastreabilidade da blindagem. Além disso,cada blindagem individual de calor é tambémdocumentada na PG, em Berlim, durante o“stoning” (revestimento com os azujelos re-fratários) que é como os especialistas chamamo processo de cuidadosamente encaminhar aCHS na câmara de combustão anular. O es-paço especificado entre duas placas é de cercade 1,4 milímetro, com tolerância máxima deum décimo de milímetro. “Aqui, podemos vercom clareza os benefícios do processo de pro-dução de alta precisão”, diz Papadopoulos.Porém a maior vantagem da nova blindagemde calor – as inovadoras geometrias de CHS –ainda está por chegar.

Ulrike Zechbauer



Habitantes da cidade de Irsching, naBaviera, saíram às ruas para testemunhar o

levantar do mastro enfeitado de branco e azul.Três semanas mais tarde, apareceram emgrande número novamente – desta vez, pre-ocupados com o mastro, pois um caminhão gi-gantesco apareceu carregando uma novaturbina para a termelétrica da cidade. Os habi-tantes estavam preocupados com o fato de quea turbina – que mede 13 metros de compri-mento, cinco metros de altura e pesa 444toneladas, pudesse causar uma ameaça ao seubem-amado mastro. Não foi o caso, no entanto;os especialistas que supervisionavam o trans-porte estavam de fato mais preocupados com aponte na entrada da cidade, que eles re-forçaram como medida preventiva, antes dachegada da turbina.

A maior turbina do mundo, que foi cons-truída pela fábrica da Siemens, em Berlim, viajou1.500 quilômetros para chegar a Irsching – inicial-mente na água, ao longo do rio Havel, várioscanais, o Reno e o Main. Em seguida, entrou noCanal Main-Danúbio para Kelheim, onde foi car-regada em um caminhão nos últimos 40quilômetros. Esta odisséia foi realizada porque aúnica maneira de testá-la seria pô-la em fun-cionamento na termelétrica. “Foi uma ótima co-incidência que a empresa E.ON estivesseplanejando expandir a termelétrica emIrsching”, disse Hans-Otto Rohwer, gerente deprojeto da Siemens em Irsching. A Siemensagora construirá uma usina de ciclo combinadona instalação da Baviera (Bloco 5) para a E.ONKraftwerke GmbH. A usina, que deverá estarconcluída em 2009, alojará duas pequenasturbinas a gás e uma turbina a vapor. A Siemenstambém construirá o novo Bloco 4 da usina,onde a gigantesca turbina será instalada. Asaída da nova turbina é de 340 megawatts, oque é igual à de 13 motores a jato das aeronaves

jumbo, e suficiente para fornecer energia para apopulação de uma cidade do tamanho de Hamburgo.

“O Bloco 4 é nosso projeto no momento”,diz Rohwer. A Siemens utilizará a infra-estru-tura existente aqui, comprará gás da E.ON-Ruhrgas e venderá a eletricidade que produzirna usina. Isso não é assim tão importanteagora, pois a turbina primeiro precisa ser tes-tada nos próximos 18 meses. Para isso, aunidade foi equipada com 3.000 sensores quemedem praticamente tudo que a moderna tec-nologia pode registrar – desde temperatura epressão até resistência mecânica e deformaçãodo material. Se um componente está defeituoso,ou falha, os computadores ligados aos sensoreschamam a atenção para o problema imediata-mente. O componente é então retirado e substi-tuído ou reformulado.

A maior parte da tecnologia de medição estáembutida, o que se vê na instalação é umaseção de 21 trailers de escritório abrigando asestações de medição. Os trailers parecem pe-quenos perto da ala onde está a turbina, quetem 30 metros de altura. Apesar de seutamanho gigantesco, a fachada de metal danova instalação faz com que ela pareça leve emoderna quando comparada com as três torresde concreto antigas, das décadas de 1960 e1970, cada uma com 200 metros de altura.“Falta muito para a ala ser terminada”, dizRohwer, enquanto aponta para um grande bu-raco no chão entre a turbina e o gerador. “É aquique vamos instalar os sistemas de óleo paramanter todas as partes móveis da montagemdo eixo lubrificadas. É também onde a maiorparte das chaminés se acumula, e onde quasetodo o equipamento elétrico e os tanques degás estão localizados.”

Recorde de Eficiência. Rohwer aponta parauma abertura na parede e explica que é aconexão para a unidade de tomada de ar, quepuxará ar fresco de fora. Equipada com abrigoespecial, filtros e absorvedores de ruído, aunidade canalizará 800 quilogramas de ar porsegundo quando a instalação estiver funcio-nando a plena capacidade – um volume queesgotaria o ar dentro da ala em apenas poucosminutos. Mas valerá o esforço porque a turbinade gás e a turbina a vapor auxiliar estabelecerãoum novo recorde mundial com um índice de efi-ciência de mais de 60%, dois pontos percentu-ais acima da detentora do recorde anterior, atermelétrica de Mainz-Wiesbaden. Portanto, fa-lando relativamente, menos combustível seráqueimado e menos 40.000 toneladas dedióxido de carbono (CO2) serão emitidas porano para a atmosfera do que no caso da ter-melétrica de Mainz-Wiesbaden. E em compara-

Após montagem na fábrica de turbinas a gás da

Siemens, em Berlim (acima), a maior turbina a gás

do mundo viaja. Abaixo: a turbina chega ao seu

destino, em um gigantesco caminhão especial.



as perdas na turbina, e aumentaram a tem-peratura dos gases de combustão, o que au-menta a eficiência. “É complicado quando vocêenvia gás aquecido a 1.200/1.500ºC pelas lâmi-nas da turbina”, diz Fischer. “Isso ocorre porquea temperatura mais elevada a que as superfí-cies da lâmina podem ser expostas é 950º,ponto em que elas começam a incandescer eficar vermelhas. Se ficar mais quente, o mate-rial começa a perder a estabilidade e se oxida.”

Revestimento Cerâmico. Os engenheiros

de 10.000 vezes o esforço gravitacional daTerra, que seria o equivalente a cada cen-tímetro cúbico de tal lâmina pesar tantoquanto um ser humano adulto.

As lâminas são feitas de liga de níquel. Elascostumavam ser fundidas e depois deixadaspara esfriar e endurecer. Mais tarde, eramfeitos crescer cristalitos na mesma direção dasforças centrífugas. Mas, agora, as lâminas daturbina gigante, em Irsching, contêm ligas queforam criadas como cristais únicos através dautilização de processos especiais de resfria-

ção com a média das termelétricas movidas acarvão, que têm uma eficiência de 42%, a novainstalação em Irsching emitirá aproximada-mente 2,3 milhões de toneladas de CO2 amenos por ano, e produzirá a mesma quanti-dade de eletricidade.

Haverá ainda muito que fazer mesmo depoisque a usina for construída, pois os técnicos terãode testar todos os sistemas para garantir que aslinhas de gás estão vedadas para agüentar apressão, os cabos elétricos estão adequada-mente firmados e todas as válvulas fecham eabrem de maneira rápida e confiável. É a verifi-cação final antes de uma missão espacial.

Há bons motivos para a decisão da Siemensde usar uma turbina gigantesca em vez de duas

menores que a E.ON irá operar na unidade aolado. “O preço do megawatt (MW) de saída e aeficiência estão correlacionados com o tamanhoda turbina. Em outras palavras, quanto maiorela for, mais econômica será”, explica WillibaldFischer, responsável pelo desenvolvimento dafamília de turbinas 8000H. “Em 1990, a maiorturbina a gás produzia 150 MW e, em conjuntocom uma turbina de 75 MW a vapor, tinha uma

uma saída de 340 MW. Em combinação comuma turbina a vapor de 190 MW, ela utilizamais de 60% do conteúdo energético do com-bustível gás.”

Os engenheiros superaram dois desafios en-quanto projetavam a turbina. Eles aumentarama quantidade de ar e os gases de combustãoque fluem através da turbina a cada segundo,que causa o aumento na produção mais do que

da Siemens foram criativos na solução doproblema. Uma coisa que fizeram foi baixar atransferência de calor do gás de combustão parao metal, aplicando revestimento térmico con-sistindo de duas camadas de mão de fundo:uma de 300 micrometros de espessura direta-mente no metal e uma camada fina de cerâmicasobre ela, que produz isolamento de calor (verpágina 28). As lâminas também são resfriadasde maneira ativa, pois são ocas por dentro e ex-postas a fluxos de ar frio gerados pelo compres-sor. As lâminas bem na frente (a parte maisquente da turbina) também têm furos finos, poronde o ar é liberado, e aí flui através das lâmi-nas, cobrindo-as com um filme fino de isola-mento, como uma blindagem protetora.

Conforme as lâminas giram, forças cen-trífugas maciças entram em ação. A extremi-dade de cada lâmina é exposta à força máxima

A turbina pode produzir eletricidade suficiente paraabastecer uma cidade do tamanho de Hamburgo.

mento. São, portanto, extremamente re-sistentes à quebra, pois não há mais limitesgranulados entre os cristalitos na liga que podem romper.

Os engenheiros também otimizaram o for-mato das lâminas com a ajuda de programasde simulação em 3D, nos quais as extremi-dades foram projetadas para manter um in-tervalo, o menor possível, entre as lâminas ea parede da turbina. Dessa forma, pratica-mente todos os gases passam pelas lâminas esão utilizados. O intervalo parede-lâminatorna-se ainda menor devido ao funciona-mento em cone da turbina. Isto significa queo eixo pode ser deslocado milímetros duranteo funcionamento até que as lâminas quasetoquem a carcaça – uma prática conhecidacomo “otimização do intervalo hidráulico”.

Corrida Piloto. Cada uma das medidas men-cionadas produz somente uma fração de au-mento de eficiência ou saída. Mas se considera-dos em conjunto, levam a um novo recorde. Setudo vai funcionar como planejado será reve-lado nos 18 meses de funcionamento experi-mental, iniciado em novembro de 2007. Se osresultados dos testes preliminares forem satis-fatórios, os engenheiros anunciarão o términodos testes e o início de funcionamento damegaturbina em agosto de 2008, permitindoque a Siemens comece a comercializá-la.

“Se a turbina a gás se comprovar durante operíodo de experiência, assumiremos o controleda usina em 2011”, disse Alfred Beck, da E.ONKraftwerke GmbH. “Sua elevada eficiência atornará lucrativa para uso em funcionamento ameia carga, apesar do preço ligeiramente maiscaro do gás”.

A instalação gerará eletricidade durante3.000 a 7.000 horas a cada ano, e será de fatouma termelétrica verdadeiramente superior.

Bernhard Gerl

Pesando 444 toneladas, a maior turbina do mundo é cuidadosamente posicionada.

Materiais para o Meio Ambiente | A Maior Turbina a Gás do Mundo


eficiência de 52%. “Nossa turbina a gás tem


Placas de circuito tornam-se ecológicas

Pesquisadores da Siemens estão tornando os compo-nentes eletrônicos menos nocivos ao meio ambiente, eliminando o chumbo das pastas de solda e os retarda-dores de chama à base de bromo de algumas das placas. A Fujitsu Siemens Computers já está vendendo PCs quecontêm placas de circuito “ecológicas” em todo o mundo.

Solda sem chumbo se junta aos mais diversos compo-

nentes em placas de circuito (na parte superior da pá-

gina). O processo inteiro de solda (pastas inclusive) é

otimizado no laboratório da Siemens em Berlim (abaixo).

As placas de circuito parecem modelos emminiatura das grandes cidades. Os cami-

nhos cinza dos condutores poderiam ser asruas e os capacitores no formato de torres, osarranha-céus. A cor da superfície da placa éverde. “Mas até recentemente, as placas de cir-cuito eram verdes somente em termos da corde sua superfície”, diz Peter Demmer, daSiemens Corporate Technology (CT). No en-tanto, as coisas estão mudando, enquanto ospesquisadores da Siemens lutam para tornar asplacas verdes no sentido figurativo ecológicotambém. Trata-se de uma questão importante,pois as placas de circuito podem ser encon-tradas em praticamente todos os produtos quecontêm componentes eletrônicos. As placaspõem máquinas de fazer café, tomógrafoscomputadorizados, motores elétricos e ter-melétricas inteiras para funcionar.

O chumbo – metal tóxico pesado freqüen-temente encontrado em soldas – é umasustância que a Siemens sempre evita usar.

De fato, a empresa tem sido mais restritiva doque o exigido pela legislação. Na metade de2006, o chumbo foi proibido e não pode serutilizado em muitos dispositivos e aparelhoselétricos e eletrônicos na União Européia.“No longo prazo, também queremos substi-tuir os retardadores de chama que contêmbromo, embora ainda não haja legislação arespeito”, diz Demmer, que gerencia o projetode Placas de Circuito Ecológicas na CT. Oscompostos de bromo são perigosos porquepodem liberar produtos cancerígenos em casode incêndios.

Por isso, algumas placas de circuito verdeda Siemens já contêm compostos organofos-forados, que são, no momento, consideradosmenos prejudiciais. Os retardadores de chamaevitam os incêndios de rescaldo, como os cau-sados por curtos circuitos.

Um excelente exemplo de proteção ambi-ental ativa é o PC Ecológico da Fujitsu Siemens

| Eliminando Materiais Perigosos — Reciclagem

Computers (FSC). Todos os componentesdeste computador fabricados internamente ouespecialmente encomendados fora não con-têm chumbo nem bromo, de acordo comHans-Georg Riegler-Rittner, chefe de ProteçãoAmbiental e Gerente da Qualidade na FSC emAugsburg, na Alemanha. “Os únicos compo-nentes no PC Ecológico que podem conter re-tardadores de chama com bromo são os discosrígidos ou a LAN ou os sticks do modemadquiridos de fontes externas”, explica Riegler-Rittner. Os PCs Ecológicos da FSC também con-somem muito pouca energia. Sob condiçõesideais, eles precisam de não mais do que a ener-gia necessária para acender uma lâmpada de60 watts e, além disso, são fáceis de reciclar.

Um Sucesso na Escandinávia. “Os computa-dores que respeitam o meio ambiente nãocustam para nossos principais clientes nadamais do que um PC convencional”, diz Riegler-

Rittner. Apesar de os PCs Ecológicos seremligeiramente mais caros para produzir, eles sósão usados comercialmente, o que significaque o custo adicional pode ser recuperado nossistemas de logística de fornecimento. “Nósnão mais embalamos cada PC individualmentepara nossos grandes clientes; em vez disso,entregamos uma embalagem completa con-tendo centenas de computadores”, explicaRiegler-Rittner.

Os PCs que respeitam o meio ambientedespachados para o mundo inteiro são umgrande sucesso, especialmente na Escandinávia,não apenas porque o novo certificado ambien-tal Nordic Swan exige o cumprimento de nor-mas muito rígidas, mas porque os PCs Ecológi-cos são atualmente os únicos computadores aterem recebido o certificado.

A FSC vendeu mais de 1,3 milhão de PCsEcológicos em todo o mundo, no ano passado,embora os clientes particulares ainda não o



Compostos Estáveis. Os materiais utilizadosnas pastas de solda foram analisados, pois atécnica da arte em solda atualmente não maisenvolve soldar ferros e fios. “Compramos pastade solda e a passamos por um instrumento demoldagem em direção às placas de circuito”, dizGaluschki. As pastas contêm glóbulos detamanho micrométricos da liga de metal sele-cionada, agentes de fundição que evitam que oponto de solda oxide e agentes tixotrópicos –substâncias que fazem com que a mistura fiquepegajosa, garantindo que os glóbulos possamaderir às placas.

Uma vez que a pasta tenha sido aplicada,uma máquina SIPLACE coloca os componentesnas superfícies da placa. Depois disso, as placasvão para um forno, onde os contatos dos com-ponentes e o material de solda são fundidosjuntos. “A chave aqui é a regulagem sofisticadada temperatura para garantir que os solventesna pasta da solda sejam vaporizados antes queo material da solda funda”, diz Galuschki.

As placas de circuito deverão se tornar aindamais ecológicas no futuro e, em alguns casos,serão até produzidas utilizando matérias-primasrenováveis, tais como cana-de-açúcar, resíduosda indústria de papel ou processos de fabricaçãode biodiesel. “As verdadeiras placas ecológicasverdes são de fato amarelas”, diz Galuschki, en-quanto aponta para um protótipo feito de bio-plástico em cor clara. Embora a produção de pla-cas de circuito “verdes” em amarelo ainda levaráum bom tempo, as primeiras amostras do labo-ratório já chegaram à bancada de testes deGaluschki. Andrea Hoferichter

possam comprar. “Nossos PCs normais podemconcorrer em preços no varejo porque muitoselementos são adquiridos fora. Mas, infeliz-mente, esses componentes ainda contêmbromo”, explica Riegler-Rittner.

A questão dos materiais é também o focodo trabalho realizado pelo Dr. Klaus PeterGaluschki. Há anos, Galuschki e sua equipe naSiemens CT, em Berlim, têm avaliado a quali-dade das placas de circuito soldadas semchumbo e otimizado os processos para fa-bricá-las. “As características, tais como vidaútil, estabilidade e propriedades elétricas nãodevem ser afetadas negativamente pela mu-dança para soldas sem chumbo”, dizGaluschki. O problema é que praticamentenão existem dados históricos sobre o desem-penho das novas soldas, a maioria das quaissão feitas de ligas de estanho, prata e cobre. Asolda com chumbo, por outro lado, é um pro-cedimento de longa tradição – e até recente-mente, todos os processos da fabricação deequipamentos eletrônicos eram projetadospara ela.

“Um dos principais problemas com a con-versão do chumbo eram as altas temperaturasde fusão das novas soldas, que muitos compo-nentes eletrônicos comuns não conseguiamagüentar”, explica Galuschki. Os materiais parasolda sem chumbo não fundem até aproxi-madamente 220ºC, cerca de 40º a mais do queo ponto de fusão das soldas convencionais deestanho e chumbo. O advento de compo-nentes mais resistentes ao calor tornou a con-versão viável.

Reutilização e Reciclagem de TI

Fon

te:

Fujit

su S

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Com

pute

rs, 2

007

42.1% Metais ferrosos 11.5% Metais não-ferrosos(alumínio, cobre, etc.)

5.5 %Concreto(cofres)

7.0 % Embalagens

Não-recicláveis

11.7% Plásticos

6.4 % vidros(tubos de raio

de catódio-CRT)2.1 %

Outros0.6 % Plásticos

2.7 % Embalagemmista

1.1 % Resíduosperigosos

7.9 % Grupos decomponentes

1.4 %Cofres

Recicláveis termicamente

Materiais recicláveis

Reutilizáveis

As figuras representam percentuais de peso

Materiais para o Meio Ambiente | Reciclagem

Os plásticos produzidospor bactérias farão comque muitos produtoseletrônicos respeitemmais o meio ambiente nofuturo. Os cientistas estãoestudando as propriedadesdestes polímeros e identificando suas possíveis aplicações.

Avida é boa. Tome, por exemplo, o Paracoc-cus denitrificans. Este organismo redon-

do, roxo e de uma única célula tem umaexistência sossegada, que consiste em desinte-grar os resíduos orgânicos das águas servidasou do solo. Mas em épocas de tensão, elepode responder empilhando reservas feitas deplástico. Ele faz isso convertendo o excesso decarboidratos em ácidos graxos, que ele com-bina em longas moléculas, criando, em últimaanálise, o poliácido 3-hidroxibutírico (PHB),que coleta células bacterianas como glóbulospequenos duros. O PHB é um polímerosemelhante ao polipropileno plástico sólidoutilizado em muitas áreas, de embalagenspara alimentos a produtos têxteis.

O PHB, produzido por muitos tipos de bac-térias, é biodegradável e uma matéria-primamuito cobiçada. É por isso que os pesquisadoresde materiais da Siemens Corporate Technology(CT) e da BASF AG estão tão interessados nele.As duas organizações estão trabalhando emconjunto com outros parceiros nos projetos“BioFun” e “BioPro” financiados pelo Ministériode Alimentos, Agricultura e Proteção ao Con-sumidor da Alemanha. Seu objetivo é desen-volver plásticos de alta qualidade a partir dematérias-primas renováveis e identificar as pos-sibilidades mais promissoras para sua aplicação.

Até recentemente, bioplásticos têm sidoutilizados principalmente como embalagem eem produtos não-duráveis, tais como pratosdescartáveis, pois muitos desses plásticos sãobiodegradáveis. Em 2006, ocorreu um grandecrescimento na demanda por esses materiais,de acordo com a Associação Européia de Bio-plásticos. A popularidade crescente é decor-rente da maior conscientização ambiental daparte dos consumidores, um interesse maior

| Materiais Renováveis

Plásticos:

Pouco menos de 99% de todos os equipamentos antigos de TI da Fujitsu Siemens Computers

aceitos para descarte – inclusive PCs e sistemas de caixas registradoras – podem ser reciclados

ou reutilizados diretamente.



Bactérias (em vermelho) produzem PHB, um

polímero semelhante a plástico sólido, que elas

empilham como alimento.

Grânulos biodegradáveis de PHB (na frente) podem

ser utilizados para produzir um receptáculo

(à esquerda) e uma placa de circuito (à direita).

partilhado por todos os poliésteres. Ospesquisadores do BioFun conseguiram agoramelhorar a elasticidade do PHB, misturando-ocom um plástico biodegradável baseado empetróleo produzido pela BASF.

Os cientistas também estão examinando atéque ponto o PHB poderá ser adequado para serutilizado com sistemas da mecatrônica, vistoque as superfícies de PHB poderiam ser metali-zadas e, assim, poderiam desempenhar asfunções realizadas pelos caminhos condutoresnormais. “Você poderia então montar compo-nentes eletrônicos diretamente no revestimentode metal do receptáculo em PHB”, diz Kleinert.Isto eliminaria a necessidade das placas de cir-cuito convencionais, conservando espaço e ma-teriais. Naturalmente, um dos critérios mais im-portantes aqui é o preço. “Para nossos plásticosterem uma chance no mercado, eles não podem

pelo desenvolvimento sustentável entre asempresas e os preços mais elevados dasmatérias-primas e da energia. A Associaçãoacredita que os bioplásticos têm o potencialpara responder por 5 a 10% do mercado deplásticos no futuro próximo; no momento,eles são responsáveis por cerca de 0.1%.

Quantidades Ilimitadas. O principal benefí-cio oferecido pelos “ecoplásticos” é que suaprodução praticamente não necessita de com-bustíveis fósseis. Além disso, seu descartelibera mais ou menos a mesma quantidade deCO2 absorvida pelas plantas que são consumi-das pelas bactérias que produzem os plásticos,em primeiro lugar. Os bioplásticos tambémsão interessantes de uma perspectivaeconômica, porque os produtos-base para suaprodução – açúcar e amido – estão disponíveisem praticamente quantidades ilimitadas.Além disso, os elevados preços do petróleo es-treitaram de maneira significativa a diferençade preços entre os bioplásticos e os plásticosde petroquímicos. Durante anos, as empresaseletrônicas japonesas, especialmente, têmtentado fabricar produtos duráveis feitos debioplásticos. O projeto BioFun se concentra nosprodutos eletrônicos, nos quais os aspectos maisimportantes envolvem as propriedades mecâni-cas, tais como flexibilidade, resistência a impactoe aderência à superfície. “Como fabricante deeletrônicos, sabemos exatamente o que essesmateriais devem ter a capacidade de fazer”, ex-plica Kleinert. “Nosso envolvimento no BioFunnos possibilita garantir, numa etapa inicial, queos novos materiais que estão sendo desenvolvi-dos tenham as propriedades certas”. Matérias-primas específicas de determinadas regiõespoderão ser utilizadas. Por exemplo, as culturas

de P. denitrificans, geradas em tanques no insti-tuto de pesquisas SIAB, em Leipzig, estão sendoalimentadas com glicerina, um líquido que seassemelha a uma cera, subproduto da sementedo óleo de colza para fabricação do biodiesel. So-mente na Europa, espera-se que, até 2010, se-jam produzidas 300.000 toneladas de glicerina amais do que as indústrias de cosméticos, alimen-tos e indústrias farmacêuticas mundiais poderãoutilizar. Se os pesquisadores do projeto BioFunconseguirem o que pretendem, o excesso deglicerina será utilizado para fazer plásticos.

Firme e Elástico. Antes que esses plásticospossam ser fabricados em grandes quanti-dades, seus processos de produção, que in-cluem tudo desde glicerina bruta de limpeza efermentação em um bio-reator à extração doPHB das células bacterianas, terão de ser sim-plificados. “Até agora, muita energia foi des-pendida nessas etapas”, comentou a enge -nheira ambiental Cornelia Petermann, daSiemens CT, cuja tarefa é levantar balançosecológicos que levem em conta a energia con-sumida durante a produção e a compatibili-dade ambiental dos aditivos. Petermannacredita que muita energia poderá ser econo-mizada pela reciclagem de materiais e calor.

Os químicos também estão trabalhando emuma composição ótima para esses plásticos. Asdemandas colocadas nos produtos eletrônicosque associam misturas de PHB precisam serexaminadas em detalhe. Por exemplo, ospesquisadores na Siemens CT estão exami-nando por quanto tempo diferentes variaçõesde PHB permanecem firmes e elásticas e se osrevestimentos de proteção ou aditivos especiaisevitam ou não a sua decomposição em ambi-entes quentes e úmidos – um problema com-

ser mais caros do que os produtos estabeleci-dos”, explica Kleinert.

Ao realizar pesquisas para sua dissertação deMestrado no setor de Healthcare da Siemens, oengenheiro ambiental Stefan König descobriuque as fibras feitas de matérias-primas renováveispoderiam ser utilizadas para reforçar plásticosconvencionais, pois as fibras naturais melhoramde maneira significativa as propriedadesmecânicas destas últimas. Além disso, os testescom plásticos contendo uma porção dematérias-primas renováveis revelaram que esteseram capazes de atender às mais rigorosas de-mandas por resistência a chamas, tais comoaquelas exigidas para os componentes depainéis em equipamentos médicos de grandeporte. “A situação ideal seria reforçar os

existem materiais reforçados hoje que contêmsomente poucas matérias-primas petroquími-cas”. Obviamente, os resultados do projeto Bio-Fun deverão produzir fantásticas descobertasnos próximos anos. Ute Kehse

PHB

Um Ramo em Crescimento


biopolímeros com fibras naturais ," diz König. “Já

Materiais para o Meio Ambiente | Turbinas Eólicas

Pegando o ventoA divisão de Renewable Energy da Siemens é líder mundial no mercado para turbinaseólicas oceânicas. Na Dinamarca, com um processo exclusivo, de estágio único, a empresa produz as pás do rotor com até 52 m de comprimento. Ela também fabrica as maiores turbinas eólicas feitas em série no mundo, que produzem 3,6 megawatts.

Pás prontas esperam embarque (abaixo) enquanto

as novas já estão sendo produzidas (à direita). Aqui,

moldes enormes estão sendo retirados (centro) das

pás sem acabamento (à esquerda).


Nuvens carregadas e vento muito frio so-bre o Mar do Norte. Pelos padrões damaioria das pessoas, isto não tem nada

a ver com bom tempo. Mas para Claus Burchardt,chefe de pesquisa e desenvolvimento de pás nadivisão Renewable Energy da Siemens, nãopoderia ser melhor. “Para nós, bom temposignifica vento forte, sem ele estaríamos lu-tando para achar clientes.”

Em vez de estar em pé na praia, Burchardtestá sentado em um pequeno escritório, nosarredores de Aalborg, a terceira maior cidade daDinamarca. Em conjunto com 3.200 colabo-radores da Renewable Energy, Burchardt cons-trói enormes usinas de energia eólica, cadauma podendo gerar eletricidade suficiente paraaquecer uma banheira cheia de água gelada em

apenas 30 segundos. De fato, os componentesindividuais dessa turbina eólica são tão grandesque, por motivos logísticos, algumas são cons-truídas longe da Dinamarca. Um desses locais éFort Madison, no estado de Iowa, nos EUA,onde uma nova fábrica de pás de rotor foi inau-gurada em setembro de 2007. A infra-estruturatambém tem um importante papel na escolhados locais. Assim, Aalborg, por exemplo, foi se-lecionada devido à sua proximidade a um porto,com um cais favorável ao manuseio de pás derotor, algumas das quais com mais de 50 me -tros de comprimento.

“O grande desafio em Aalborg”, diz Bur-chardt, “é garantir que todas as pás de rotor pro-duzidas, algumas das quais pesando 16toneladas métricas, sejam fabricadas em níveis

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elevadíssimos de precisão para que tenhamdesempenhado exatamente conforme exigido,sem a necessidade de atualizá-las ou ajustá-lasdurante 20 anos”. Para realizar isto, as pás derotor – apesar de seu enorme tamanho e força– devem ter um formato aerodinâmico ótimoaté o menor ângulo possível e, mais ainda, elastêm de ser robustas, porque muitas delas sãodestinadas a usinas eólicas oceânicas, onde oscustos dos reparos e consertos são extrema-mente elevados. “Os custos para o fabricante derealizar consertos em mar aberto são cerca dedez vezes maiores do que numa instalação emterra firme”, diz Burchardt. “Em grandes turbinas,velocidades diárias do vento a 10 metros porsegundo forçam 100 toneladas de ar através do rotor a cada segundo, o que exige pás robustas”.

Exigências extremas de qualidade como es-sas já levaram muitos fabricantes a desistir dosetor oceânico. Nesse meio tempo, a Siemensse tornou não só a empresa com mais experiên-cia, mas também a maior fornecedora deturbinas eólicas para instalações oceânicas.

Produzindo as Pás. Na ala de produção das instalações de Aalborg, que tem cerca de 250

fundida e, portanto, sem nenhuma costura, oque a torna muito mais forte do que as outraspás”, explica.

No final da ala, Burchardt se detém pró-ximo a um dos moldes da pá que um colabo-rador está revestindo com o que parecem serquilômetros de tecido branco. Ele tem aaparência de um tapete delicadamente tecido,mas no toque dá a impressão de plástico. “Fi-bra de vidro”, explica Burchardt, “e uma vezque tenha sido injetada com resina de epóxi,ela se torna um composto de fibra de plásticoreforçado. Diferentemente dos produtos defabricantes concorrentes, nossas pás de rotornão contêm cloreto de polivinil, que tem sidoassociado à dioxina. Isto significa que não sãoum problema na hora de serem jogadas forano final de sua vida útil de 20 anos, porquesão principalmente feitas de fibra de vidro reciclável”.

Como pode um tecido deste comprimentodar a uma pá de rotor sua fantástica força?

evitam que a pá entre em colapso durante aprodução.

Boas Vibrações. Antes da instalação, as pásde rotor passam por uma série de testes estáti-cos e dinâmicos. No primeiro deles, elas sãosujeitas a 1,3 vezes a carga de funcionamentomáximo. Para simular 20 anos de fadiga dematerial, as pás são montadas em bancas especiais de teste e submetidas a cerca de doismilhões de vezes de vibrações, antes que a resistência do material seja novamente tes-tada no teste estático final.

Em Brande, uma cidade de 6.000 habi-tantes, cerca de 150 quilômetros ao sul de Aalborg, 2.000 colaboradores da Siemens fa -bricam a alma de toda usina de energia eólica:as nacelles (invólucros) de suas turbinas. Durante a viagem pelo interior dinamarquês,passando por seus campos e fazendas e 3.500das turbinas eólicas do país, pergunto por queos maiores fabricantes de usinas de energia

Por meio de um processo patenteado, as pás de usinas eólicas são produzidas como uma só peça - sem emendas.

metros de comprimento, há enormes moldes doformato das pás, como fôrmas de assar bolos,dispostas ao longo do piso e mesmo penduradasde cabeça para baixo no teto. Não há nenhumvestígio de cheiro de produtos químicos e amaioria dos colaboradores não precisa usarroupa especial de proteção. “Alguns anos atrás,desenvolvemos um método de fabricação de pásem uma peça, com tudo incluído”, diz Burchardt.“Usando esse processo de pá integral – ou téc-nica de estágio único (one shot), como tambéma chamamos – pudemos nos desfazer dos ade-sivos. Conseqüentemente, os colaboradores nãoestão sujeitos a vapores tóxicos. Ao mesmotempo, não há componentes individuais paraatravancar a ala e, no final, temos uma pá de rotor que é produzida em uma única peça

“O molde é inicialmente revestido com muitascamadas de fibra de vidro. De fato, há setetoneladas métricas deste material em uma páde 45 metros e 12 toneladas em uma de 52metros. Para melhorar a rigidez, uma camadade madeira é colocada entre as camadas de fibra de vidro”, diz Burchardt.

Enquanto Burchardt fala, um molde é bai-xado do teto e uniformemente contém os doislados de uma pá. Somente agora as formasdas enormes unidades nas costas dos moldesse tornam evidentes. Quando estão fechados,os moldes agem como uma enorme fôrma debolo com um forno integrado e, uma vez que aresina de epóxi tenha sido injetada, elas sãoaquecidas para assar a pá em um todo sólido.Os bolsões dentro da pá desafiam o calor e

eólica estão situados na Dinamarca. “Há motivos históricos,” diz Henrik Stiesdal,

diretor de Tecnologia da Siemens, em Brande.“Tudo começou com a crise energética de1973/1974. Em um movimento para reduzirsua dependência do petróleo, a Dinamarcaexaminou a possibilidade de construir usinasde energia nuclear. Como resposta, engenheirostalentosos projetaram as primeiras turbinaseólicas. Em meados da década de 1980, váriospaíses criaram incentivos fiscais para a energiaeólica, tornando-a um negócio lucrativo.Sendo o único país com know-how para cons-truir turbinas eólicas totalmente funcionais,a Dinamarca passou por um crescimento quecontinua até hoje”, explica.

Embora o tempo esteja bom lá fora – no



sentido dinamarquês – Stiesdal evidente-mente está satisfeito em continuar em seuagradável escritório. De uma gaveta ele retiraa cronologia da tecnologia de energia eólicae coloca sobre sua mesa. “As primeirasturbinas eólicas foram construídas no inícioda década de 1980 e produziam somente 22quilowatts. Desde então, a produção dobroua cada quatro anos. A 2,3 e 3,6 megawatts,nossas modernas usinas produzem mais decem vezes a energia eólica de então. Pelomenos por enquanto, as pequenas usinasainda são responsáveis por cerca de 80% denossos negócios.”

Stiesdal mostra um grande mapa da Eu-ropa. “Acabamos de finalizar a instalação daUsina de Energia Eólica de Burbo – nossaprimeira instalação oceânica baseada na novaturbina de 3,6 megawatts. A usina está loca-lizada no mar na área de Liverpool, no ReinoUnido, e tem uma produção total de 90megawatts. Precisamos de apenas um mês emeio para concluir o trabalho. Já em 2008, ainstalação fornecerá eletricidade a mais de80.000 residências. Neste mesmo ano, temos

Gigantes de 500 Toneladas. Aqui, na-celles enormes de metal, contendo umamáquina de 2,3 megawatts, estão sendopreparadas. Chegamos perto de uma das estru-turas arredondadas, cujo topo está aberto emum dos lados, oferecendo uma visão do interior.“Estamos em pé, na frente do eixo motor. É aquique o rotor e suas três pás serão montadas pelolado de fora. Para uma turbina oceânica, é umtrabalho que ocorre no mar aberto. As torressão montadas em terra. Um navio especial-mente projetado, completado com guindaste, éutilizado para transportá-las, bem como as na-celles e as pás do rotor para o local em maraberto. Então, leva menos de meio dia parainstalar uma única turbina pesando 500toneladas. Uma vez que o rotor começa a fun-cionar, seus movimentos são transmitidos peloeixo motor para uma unidade de engrenagem.Esta, por sua vez, transfere o torque para ogerador, o que varia dependendo da força dovento. O resultado é energia elétrica.”

Stiesdal, um marinheiro amador, mostra queum sistema desta magnitude requer muito maisdo que apenas peças mecânicas. “Hoje, uma

das nacelles da máquina, e à direita os eixos(hubs) gigantescos dos rotores, cada um pe-sando cerca de 35 toneladas. As pás para Aalborg são entregues diretamente ao local dainstalação. Os vários componentes para as tor-res, que tem 120 metros de altura, vêm defornecedores externos na Dinamarca, Ale-manha, EUA e Coréia, dependendo da localiza-ção da usina de energia eólica.

Uma vez na ala, a nacelle branca da turbinade 3,6 megawatts é inconfundível. Diferente desua parenta menor, ela tem formato angular.Medindo aproximadamente 13 metros de com-primento, quatro de largura e quatro de altura,ela é também maior: a parte interna da turbinaé alcançada por uma escada. Diversos sistemasestão espalhados em dois andares, como sefosse uma pequena casa. “Tudo é maior nestaturbina”, diz Stiesdal, falando com modéstiatípica. “Mas já estamos trabalhando em turbinasainda maiores. De fato, em breve, as pás do ro-tor de nossas turbinas poderão ter mais de 60metros de comprimento.” Sebastian Webel

Materiais para o Meio Ambiente | Turbinas Eólicas Antes da instalação no mar (abaixo), Henrik Stiesdal

(à direita) verifica se tudo está em ordem – inclusive

a montagem da turbina (centro) e o teste final de

resistência (à esquerda).

As primeiras turbinas eólicas produziam 22 kilowatts,menos de um centésimo do que produzem hoje.

outro projeto com 54 turbinas para aquela queserá a maior usina de energia eólica do mundoinstalada no oceano, no leste da costa daInglaterra. “Como a única empresa capaz defornecer turbinas eólicas deste porte, já re-cebemos outros pedidos para nosso produtoprincipal”. Os olhos de Stiesdal brilham comentusiasmo. “Este ano, construiremos turbinaseólicas com uma produção total de 1.500megawatts. É o suficiente para produzir quatrobilhões de quilowatts hora por ano – aproxi-madamente 12% das necessidades de eletrici-dade da Dinamarca.”

turbina de 2,3 megawatts como esta contémmuitos níveis de processadores e eletrônica.Pode parecer simples e fácil de entender, masquanto mais perto você a examina, mais compli-cada ela se torna”. Isto também se aplica àturbina topo de linha de 3,6 megawatts. Acaminho para inspecionar esta gigante, pas-samos pela área de armazenamento. Como acaixa de brinquedos de uma criança, todos oscomponentes para as turbinas eólicas estão ar-rumados esperando instalação. À esquerda, háas enormes coberturas do bico, que mais tardeadornarão o receptáculo da turbina, no meio



Progressos na Áreade Emissores de luzDiminuir o consumo de energia, proibir os poluentes eexpandir a vida útil das lâmpadas – essa é a missão dosdesenvolvedores de lâmpadas da Osram. Em breve, LEDsbrancos e brilhantes, com uma vida útil de 90.000 horas.

| Iluminação

Os diodos emissores de luz (LEDs) são tãopequenos quanto uma partícula de pó,mas são gigantes quando se trata de

respeitar o meio ambiente. Os LEDs brancosnão só necessitam somente de um quinto daenergia utilizada por lâmpadas tradicionais,mas têm uma vida útil 50 vezes mais longa. E, mais ainda, diferentemente das lâmpadasconvencionais que economizam energia, elesnão contêm mercúrio. De fato, a história desucesso do LED branco já vem ocorrendo aolongo dos anos.

confiante de que mesmo chips mais eficientes emaiores podem ser produzidos. “Sabemos que2.000 lumens é um objetivo viável”, diz ele.

Outro fator importante quando se trata deLEDs eficientes envolve os corantes amarelo evermelho-laranja que são aplicadas na fonte deluz original em camadas para transformar oschips de luz azul de LED em luz branca. Opesquisador da Osram, Dr. Martin Zachau, é umespecialista neste campo. Ele e sua equipeusam corantes do tamanho de grãos para con-trolar as propriedades de dispersão das partícu-

Oferecendo 1.000 lumens, o que é maisbrilhante do que uma lâmpada de halogênio de50 watts, a estrela no firmamento LED é semdúvida a “Ostar Lighting”. Com sua eficiência decerca de 70 lumens por watt, ela literalmenterelega as lâmpadas incandescentes (15 lm/W)para as sombras. A lâmpada contém seis chipsde LED de alta eficiência, cada um medindo ummilímetro quadrado. “Com a Ostar, criamosuma área iluminada muito grande”, diz o líderdo projeto, Steffen Köhler, da Osram, divisão dosetor Industry. Em contraste com a tendênciana direção da miniaturização na indústriaeletrônica, os LEDs para iluminação geral de-vem ser as maiores possíveis, para que possamsuprir grandes quantidades de luz.

Alcançar este objetivo é qualquer coisamenos fácil, embora seja importante levar emconsideração que os LEDs são uma combinaçãode cristais semicondutores potencializados demaneira diferente. Em outras palavras, átomospotencializadores foram introduzidos nas retícu-las do cristal, que deve ser puro e estruturadode maneira regular no nível atômico. Quantomaiores os cristais, no entanto, mais elevada é aprobabilidade de que ocorrerão impurezas e ir-regularidades. E quanto maior o número de im-purezas, menos eficiente é a conversão da ener-gia elétrica em luz. Apesar disso, Köhler está

las, o que permite que variem a luz emitida. A eficiência é otimizada por meio de com-posição de produtos químicos. A estabilidadedo fósforo é aumentada por meio de um reves-timento protetor.

Não obstante, os LEDs ainda não repro-duzem as cores naturais com precisão, porque,diferente da luz solar ou luz das lâmpadas in-candescentes, eles produzem somente compri-mentos de onda azuis e amarelos. Levando istoem consideração, a equipe de Zachau apresen-tou um novo sistema que transformará partesda luz azul do LED não só em amarelo, mastambém em luz verde e vermelha. “Assim, o es-pectro do LED estará completo – como a luzsolar – e as cores serão magnificamente re-produzidas”, explicou Zachau.

Lâmpadas sem Mercúrio. Uma pequenaquantidade de mercúrio, que se transforma emgás na temperatura de funcionamento da lâm-pada, é geralmente adicionada nos faróis dexenon dos automóveis. Graças a seu tamanhomaior, os átomos de mercúrio são mais facil-mente acertados pelos elétrons no plasmadessas lâmpadas que liberam gás. Como elasemitem luz que está próxima do espectrovisível, a perda ocorrida durante a conversãopara luz branca é muito pequena. O mercúrio

Luminosidade de longa durabilidade. O Dulux

EL LongLife (acima) é uma lâmpada fluores-

cente compacta altamente duradoura, com

vida útil de 15.000 horas. Abaixo: materiais

para LEDs sendo testados em uma biblioteca

com luzes fluorescentes. Mais abaixo: o LED

branco do Ostar Lighting ilumina mais que

uma lâmpada halógena de 50 watts.



| Etanol de cana-de-açúcarMateriais para o Meio Ambiente

também serve como um amortecedor químicoe térmico, evitando os indesejados processos deoxidação e ajudando a dissipar o calor. Porém, omercúrio também é venenoso e pode se acu-mular no meio ambiente. Por isso, um regula-mento da UE especifica que ele deve ser evitadosempre que possível no setor automotivo, mo-tivo pelo qual os pesquisadores estão à procurade alternativas.

Há pouco mais de um ano, a Osram lançou alâmpada “Xenarc Hg-free,” que substitui o mer-cúrio pelo iodeto de zinco, um gás não-nocivo.“O desenvolvimento do produto foi difícil”, dizChristian Wittig, chefe de Marketing da XenarcSystems. “Tivemos de adaptar o ambiente in-teiro eletrônico e óptico à nova tecnologia”. Porexemplo, as correntes mais elevadas na lâm-pada de xenon sujeitam os componentes eeletrônicos a maior resistência, assim a Osramteve de utilizar eletrodos mais espessos e vidrode quartzo fundido. “A produção é um poucomais complicada, mas é mais um passo em fa-vor do meio ambiente”, disse Wittig. Os fabri-cantes de automóveis, inclusive Audi, Ford eToyota, já usam as novas lâmpadas.

Perspectivas Prazerosas. As lâmpadas fluo-rescentes compactas da Osram ainda usammercúrio, mas menos de três miligramas porlâmpada. “É quase impossível dispensar essaquantidade tão pequena deste material emforma de gota”, diz Ralf Criens, especialista am-biental da Osram. “Assim, o mercúrio é fixadocom pó de ferro, o que nos deixa pôr a quan-tidade certa em cada lâmpada”. Vida útillonga é especialmente crítica por razões ambi-entais. Em última análise, vida útil mais longasignifica menos lâmpadas substituídas – emenos mercúrio. É por isso que os pesqui-sadores da Osram desenvolveram a lâmpadacompacta florescente extra-duradoura Dulux ELLongLife, que pode funcionar por 15.000 horas.“A vida útil é um fator-chave quando se trabalhano conceito de novas lâmpadas, como é anecessidade de pensar em termos de sis-temas”, diz Criens. Ele prevê a preferênciapor lâmpadas de alta duração como LEDsbrancas, que fornecem até 90.000 horas deluz. Um desenvolvimento que se espera embreve estará presente em novos tipos de lu-minárias de pé, luminárias de mesa e outrasaplicações usando LEDs como componentefixo a preços competitivos. Conseqüente-mente, muitos clientes poderão em breve es-tar prazerosamente entusiasmados ao versuas lâmpadas brilhantes, duradouras e que res-peitam o meio ambiente. Andrea Hoferichter


Um estudante do Ensino Fundamental,mergulhado em dados e fatos sobre odescobrimento do Brasil, poderia con-

siderar a frase um paradoxo: a cana-de-açúcaré a novidade que pode equilibrar o forneci-mento de energia no país. A estranheza estariano conceito de novidade, afinal, as primeirasmudas de cana chegaram ao Brasil pratica-mente na bagagem dos colonizadores pio-neiros. Segundo a União da Indústria de Cana-de-Açúcar (Unica), o Brasil deve produzir 487milhões de toneladas de cana-de-açúcar nasafra 2007/2008. O plantio de cana hoje cobre7,8 milhões de hectares no Brasil, correspon-dentes a 2,3% do total de terras cultiváveis dopaís. A tradição do Brasil nesse tipo de culturaatravessa séculos.

No entanto, o terceiro milênio trouxe novasperspectivas para o segmento, graças a umpanorama modificado por tendências globais,que projetam o aumento da populaçãomundial, sua concentração em megacidades,a demanda crescente por energia, entre outros.Ao mesmo tempo em que crescem a popu-lação e sua necessidade de energia, as fontestradicionais, ligadas às reservas fósseis, ten-dem ao esgotamento.

Mais que isso: a utilização ampliada decombustíveis derivados do petróleo aumenta aconcentração de dióxido de carbono na atmos-fera, intensificando o chamado efeito estufa econtribuindo para o aquecimento global. Sejacom o objetivo de aumentar a oferta de com-bustíveis para uma população crescente oucomo alternativa amigável ao meio ambiente,a produção de etanol, o álcool de cana, devecrescer de forma exponencial nos próximosanos. “O etanol hoje substitui quase a metadedas necessidades do Brasil por gasolina, graças


Do solo brasileiro nasce uma alternativa para suprir a crescente demanda de energia no mundo. Além do álcool combustível, ampliam-se as perspectivas para geração de energia elétrica a partir da cana-de-açúcar.

Além de produzir combustível para automóveis,

surgindo como alternativa aos derivados de

petróleo, a cana-de-açúcar também gera energia

elétrica a partir de seu bagaço.

Energia verde para o mundo



ao crescimento da produção de veículosequipados com motores flexíveis”, afirma Mar-cos Sawaya Jank, presidente da Unica. “Alémde ser substancialmente mais barato que agasolina, o álcool reduz em 90% a emissão degases poluentes”, acrescenta Jank.

O potencial de geração de energia a partirda cana não se esgota na produção de álcool.As usinas concebidas no presente processam acana com vistas a três derivados: açúcar, álcoole eletricidade. O bagaço da cana-de-açúcar éhoje a mais importante fonte de biomassa doBrasil. Aquilo que, antigamente, era tido comoum incômodo resíduo dos engenhos, hoje égerador de energia elétrica.

Nas projeções da Associação Paulista deCogeração de Energia (Cogen–SP), a produçãode energia elétrica a partir dessa fonte vegetaldeve se tornar, em 2012, o segundo negóciomais importante para uma usina de cana noBrasil, respondendo por cerca de 30% a 45%do faturamento. Em primeiro lugar, virá o

ual, na qual o primeiro lugar do setor ainda éocupado pela produção do açúcar, seguido

pelo etanol, tendo a chamada bioletricidadeem terceiro.

Transformando fumaça em energia. Essecrescimento da bioeletricidade no negócioestá fundamentalmente ligado ao tripé respon-sabilidade ambiental-tecnologia-rentabilidade.Tradicionalmente, a colheita da cana era feitautilizando-se o recurso da queimada, pois a re-tirada da cana ainda verde torna-se inviávelpelo processo manual. Para evitar a emissãode poluentes advindas da queimada, as autori-

dades brasileiras passaram a regulamentar acolheita automatizada, que permite a retiradada cana verde do solo. Por iniciativa da Secre-taria Estadual do Meio Ambiente de São Paulo,estado que lidera a produção de cana noBrasil, a queimada será extinta até 2014 nestaunidade da federação.

Nesse modelo de colheita da cana verde, oprocesso deixa de desperdiçar um terço dalavoura, que era queimado. Isso, naturalmente,se traduz em maior rentabilidade, especial-mente no que se refere ao aproveitamento dapalha ou bagaço de cana. Some-se a isso aquestão ambiental. Em vez de emitir poluentespara a atmosfera, o sistema passa a gerar ener-gia a partir de uma fonte limpa e renovável.

“A utilização dessa biomassa torna o cultivode cana ainda mais rentável e aumenta seu po-tencial como gerador de energia elétrica”, dizCarlos Roberto Silvestrin, vice-presidente execu-tivo da Cogen. Atualmente, o Estado de SãoPaulo tem 146 usinas de cogeração em ope-ração no setor sucro-alcooleiro, com umapotência instalada total de mais de 1.700 MW,o que corresponde a 70% do setor de cogeração

do Brasil. Do total de energia produzida, parteé utilizada para suprir a necessidade daspróprias usinas e o excedente é vendido. “Como aumento da produção, a eliminação daqueima da palha e o aumento da capacidadede geração das usinas, o potencial de pro-dução de energia elétrica a partir da cana, ape-nas no Estado de São Paulo, pode superar os10 mil MW até 2015”, afirma a professoraSuani Teixeira Coelho, secretária executiva doCentro Nacional de Referência em Biomassa(Cenbio).

O crescimento estimado da economiabrasileira para os próximos anos faz preveruma nova escassez de energia elétrica, como aque rondou o país no início deste século. Coma atual capacidade de produção de energia,baseada principalmente nas usinas hidrelétri-cas, o Brasil seguramente enfrentará novasameaças de “apagão”.

A bioeletricidade tem se mostrado uma alter-nativa viável para evitar essa má perspectiva, in-centivando os investimentos no setor, inclusivede grupos estrangeiros. Apoiados, de um lado,no crescimento do etanol como combustível al-ternativo aos derivados de petróleo, e, de outro,nas perspectivas da bioeletricidade, tradicionaisgrupos empresariais brasileiros e novos playersestão investindo como nunca no setor sucro -alcooleiro do Brasil.

Dados da Cogen apontam que atualmenteexistem pelo menos 1.800 máquinas colhei-tadeiras em operação na indústria da cana-de-açúcar no Brasil. Até 2014, prazo previsto paraeliminar o uso do fogo na colheita da cana,serão somadas a este número mais três milunidades. A demanda por novos caminhões degrande porte também crescerá para realizar otransporte da cana verde e de palha. Essa de-manda poderá atingir a soma de dez milunidades, além de mais de 6 mil tratores eoutros equipamentos. Com a eliminação dasqueimadas, em vez de emitir poluentes para aatmosfera, o sistema passará a cogerar maisenergia limpa e renovável. “Estamos transfor-mando fuligem e fumaça em energia elétrica”,resume Carlos Roberto Silvestrin, vice-presi-dente executivo da Cogen-SP.

Investimentos crescentes. Aquele estudantedo Ensino Fundamental, do começo dahistória, certamente já leu a respeito dos en-genhos de cana, que contribuíram para a colo-nização e para o desenvolvimento do Brasil.Seus métodos e equipamentos artesanais,

Processo Ilustrativo de Produção de Açúcar e Álcool

A Siemens desenvolveu soluções especiais para o setor de cana-de-açúcar.

| Etanol de cana-de-açúcarMateriais para o Meio Ambiente


etanol. A proporção é bem diferente da at

-


porém, tornaram-se marcos do passado. Ausina de cana-de-açúcar do presente apóia-seem alta tecnologia.

A Siemens é uma importante fornecedorade soluções para o setor, atuando tradicional-mente nas áreas de automação, geração etransmissão de energia (leia mais no box aolado). Em janeiro de 2007, diante do cresci-mento do mercado de açúcar e álcool, aSiemens criou no Brasil um grupo de trabalhoespecialmente dedicado ao tema. Conhecidointernamente como CMDB (Country MarketDevelopment Board), esse grupo congregarepresentantes das várias divisões da empresa,que se reúnem para analisar as necessidadesdo setor e oferecer soluções aos clientes, sob aliderança de um account manager.

Nos primeiros meses de atuação do CMDBSugar & Ethanol, as vendas da Siemens a essemercado alcançaram R$ 200 milhões. As esti-mativas para o ano comercial de 2008 (de outu-bro de 2007 a setembro de 2008) apontamvendas em torno de R$ 280 milhões.

O coordenador desta área na Siemens, HélcioAunhão, acredita no forte potencial de cresci-mento desse setor. “As usinas do futuro deverãoprocessar no mínimo três milhões detoneladas de cana por ano, para se manteremcompetitivas”, explica. As novas usinas dosetor estão sendo projetadas segundo essesvalores. Usinas já instaladas, com possibili-dade de upgrade, forçosamente deverão in-vestir em seus processos. Única fornecedoracom portfólio completo de soluções, a Siemensintensificou sua participação no mercado, es-pecialmente por vislumbrar nele uma alterna-tiva que reúne os quesitos de inovação e deresposta às demandas da sociedade, conceitospresentes nos 160 anos de história da em-presa. E para que este estudante de hoje conteno futuro com uma fonte de energia quegaranta sua mobilidade e respeite o meio ambiente. Alessandra Alves

Alta tecnologia para o segmento

A atuação da Siemens no mercado sucro-alcooleiro é extensa, em função de seu amplo portfólio.

Na concepção de uma usina moderna, a utilização de soluções de automação está na base do projeto.

A Siemens já dispõe de dois produtos patenteados voltados para o setor – o Split Feed, solução que re-

duz o vapor no processo de destilação do álcool, e a Peneira Molecular, que permite a redução do con-

sumo de energia do processo de desidratação do álcool. Ambos foram desenvolvidos em parceria com a

Dedini, tradicional fornecedor de equipamentos para o setor. A divisão Industry Automation da Siemens

no Brasil é um dos centros de competência mundial da empresa na pesquisa e desenvolvimento de

soluções para usinas de cana.

Outra presença de destaque, ligada à cogeração de energia, é o fornecimento de turbinas SST 300 (foto

superior), produzidas no complexo industrial de Jundiaí, ampliado pela Siemens em 2007. O produto,

customizado para essa utilização, permite que o bagaço da cana gere energia elétrica, tanto para con-

sumo da própria usina quanto para venda à rede local.

Turbina SST 300 da Siemens, produzida na fábrica de

Jundiaí (SP): com a cogeração a partir da cana, a

usina garante o próprio abastecimento de energia

elétrica, além de fornecer para a rede pública.


Materiais para o Meio Ambiente | Transportes

O Caminho para um Futuro Mais Leve

Aeronaves, navios e trensconsomem muita energia.Entretanto, com a imple-mentação das mais recentes tecnologias de materiais, suas demandaspor energia podem serconsideravelmente reduzi-das. Os pesquisadores daSiemens estão desenvol-vendo um pacote desoluções neste sentido,inclusive trens ultralevespara metrôs, acionadorescompactos para vagões emotores supercondutoresde alta temperatura paranavios.


As serras escandinavas se estendem pelasregiões polares como uma espinha dorsal

sem fim. Acima delas, o céu é uma massa denuvens pesadas impulsionadas do Atlânticopelos ventos vindos do oeste. Obviamente,aqui na Noruega não há escassez de água.Talvez esse seja o motivo pelo qual osnoruegueses não a usem apenas para beber,mas também para gerar energia. Eles lhe dirãocom orgulho que 99% de sua eletricidade vêmde hidrelétricas. Até o Metrô de Oslo funcionacom esta forma de eletricidade limpa. No en-tanto, na tentativa de tornar o Metrô aindamais respeitador do meio ambiente, a AS OsloSporveier, empresa de transportes da cidade,foi à procura de um novo trem há quatro anos.A busca terminou na Siemens Mobility (antigadivisão Transportation Systems) que já haviafornecido trens muito econômicos para oMetrô de Viena. Embora os norueguesesquisessem basear o seu Metrô na versãovienense, eles também estavam determinadosa torná-lo ainda mais ecológico.

De lá para cá, os primeiros trens MXcomeçaram a funcionar em Oslo. Ao todo, 63unidades foram encomendadas. Além de uti-lizar um terço a menos de eletricidade do queseus antecessores, ele não contêm substânciastóxicas. E mais, 94% de seus componentespoderão ser reciclados dentro de 30 anos,quando os trens saírem do serviço.

Fica claro com este exemplo que a alta tec-nologia pode contribuir muito para o pro-gresso na área ambiental. Isto se aplica a todosos tipos de transporte, sejam eles metro-viários, ferroviários intermunicipais, aéreos oumarítimos. Vários grupos da Siemens vêm tra-balhando há muito tempo para aperfeiçoarveículos – por exemplo, reduzindo seu peso,melhorando seus sistemas de acionamento eacrescentando novos materiais. Hoje em dia,eles não olham apenas o produto final, masavaliam toda a vida útil dele, desde fabricaçãoaté funcionamento e descarte. Os desenvolve-dores de produtos da Mobility aplicaram estetipo de avaliação da vida útil (LCA) ao Metrô deOslo, trabalhando com especialistas do pro-grama de estudos do Ecodesign na Universi-dade Técnica de Viena (TU Wien). "Para identi-ficar economias potenciais importantes, primeirotivemos de identificar qual a fase que despendiamais energia", diz Joachim Pargfrieder, respon-sável pelo LCA em Viena.

A equipe da universidade levou milhares dedetalhes em consideração para suas auditoriasecológicas – itens como energia consumida du-rante a mineração da bauxita e a produção doalumínio ou as necessidades de aquecimentodos trens do metrô nos dias de inverno. "Paraeste tipo de análise, foram necessários diversossoftwares sofisticados como os desenvolvidosna TU", diz Pargfrieder. De maneira rápida, ficou



Mais 10% podem ser incinerados semdanos, para gerar eletricidade, elevando o totalde materiais recicláveis a 94%. "É difícil alcançar100% porque, devido à segurança contra incên-dio, é necessário utilizar determinados compos-tos que realmente não podem ser fracionadosou decompostos", explica Pargfrieder. Seu obje-tivo é reduzir mais estes componentes e cortarainda mais o consumo de energia.

Acionamento direto que poupa energia.Os truques Syntegra, desenvolvidos peloscolegas de Pargfrieder na divisão Mobility, emErlangen, na Alemanha, e em Graz, na Áustria,podem ajudá-lo a atingir este objetivo. O Syn-tegra é um sistema de acionamento ferroviárioaltamente integrado, no qual a tecnologia deacionamento está acoplada sob o piso doveículo, no qual a energia do motor é trans-ferida para os eixos através de uma caixa demarchas, o que causa ruído, desgaste e re-dução de eficiência. O sistema Syntegra em-prega motores montados diretamente notruque.

Para ser mais preciso, um motor elétricocilíndrico fica situado diretamente no eixo doacionamento como um anel no dedo, mas semo tocar. O motor utilizar um campo magnéticopermanente, produzido por materiais magnéti-cos de terras raras para poder girar o eixo."Esses materiais de alto desempenho estão naalma do acionador", diz Lars Löwenstein, líderde projeto da Syntegra. "Até recentemente,eles teriam sido considerados muito caros". Noentanto, o preço caiu. E devido ao novo con-ceito, dispensa a necessidade de uma caixa demarchas. O truque da Syntegra é cerca de ummetro mais curto do que os modelos tradi-cionais. Resultado: economias no peso de cercade duas toneladas, enquanto a energia é re-duzida em 20%.

O protótipo da Syntegra está sendo testadoatualmente nos Serviços de Transporte Munici-

pal de Munique – no momento, à noite e sempassageiros. Durante o teste, 200 sensoresmonitoram como a nova tecnologia está funcio-nando. Em alguns meses, os trens deverãotransportar seus primeiros passageiros. Basea-dos nos 10.000 quilômetros que o trem já per-correu na via férrea de testes da Siemens emWegberg-Wildenrath, na Alemanha, já está con-firmado que a Syntegra está cumprindo suapromessa.

Temperaturas mais baixas melhoram o de-sempenho. Os desenvolvedores do Syntegranão foram os únicos que tiveram de esperar umlongo tempo por seus materiais. Os especialis-tas da divisão Siemens Industry Automationem Nuremberg, que se especializam em outrotipo de material, supercondutores, tambémtiveram. Esses materiais são feitos de compos-tos que de repente perdem sua resistênciaelétrica quando são resfriados a temperaturasmuito baixas. O problema, pelo menos no iní-cio, era que, na maioria dos casos, este tipo deresfriamento necessitaria do uso do héliolíquido a menos 269ºC – um produto caro. Mas,em 1987, os pesquisadores descobriram subs-tâncias que se tornam supercondutoras a tem-peraturas muito mais elevadas. Infelizmente,esses supercondutores a temperaturas mais ele-vadas (HTS) ainda eram muito caros para amaioria das aplicações.

De cinco anos para cá, porém, eles setornaram bem mais baratos. Assim sendo, em2003, a Siemens decidiu desenvolver seuprimeiro gerador HTS. Seu rotor é equipado nãocom as molas de cobre usuais, mas com enrola-mentos HTS que podem levar e agüentar 100vezes mais corrente. A máquina de 400quilowatts foi projetada para ser um terçomenor e mais leve do que as unidades tradi-cionais com a mesma capacidade.

Este tipo de equipamento é especialmenteadequado para geração de energia em navios,

claro que a principal tarefa era alcançar as maiselevadas economias de energia ao custo maisbaixo possível. Ficou claro que se poderia eco-nomizar no peso usando alumínio, porém oalumínio não tem as propriedades de isola-mento necessárias para enfrentar o clima friode Oslo. Para resolver o problema em relação àcarroceria dos vagões, os especialistas na Mobi-lity desenvolveram um perfil de câmara oca dealumínio com bolsões de ar e isolamento. Ostrens do metrô também economizam energiaatravés de um sistema de manuseio sofisticadode freios e acionadores que alimentam a ener-gia gerada durante a frenagem de volta para arede como eletricidade.

Pargfrieder e seus colegas tomaram especialcuidado para garantir que os materiais reci-cláveis, tais como madeira, plástico, metal ecerâmica, constituam 84% do total dos materi-ais utilizados.

Graças ao motor de supercondução (à esq.), o

consumo de combustível em navios deverá cair de

maneira relevante. E graças aos metais mais leves, o

metrô de Oslo já necessita de 30% a menos de energia.

Um quilo a menos economiza várias toneladas de combustível ao longo da vida de uma aeronave. As fibras de carbono leve (à dir.) são procuradas não só para o A380.


Aparelhos médicos de imagem por ressonância

magnética MAGNETOM Avanto preparados para

serem despachados. A área de transporte é uma

das áreas em que se pode poupar energia.

Identificando Custos A Siemens utiliza o método de demanda cumulativa de energia (CED) para descobrir formas de reduzir o consumo de energia dos aparelhos médicos. Esta abordagem trata de toda a vida útil do produto, desdemateriais e produção até funcionamento e reciclagem.


| Demanda de energia

porte", diz Bömmel. Este valor reflete a de-manda de energia relacionada a um equipa-mento durante toda a sua vida útil, e torna pos-sível determinar qual a fase que consome maisenergia.

Quando a equipe de Bömmel somou as de-mandas de energia do sistema de imagem porressonância magnética (MRI) do MAGNETOMAvanto, ela chegou a uma surpreendentedescoberta. O fornecimento do equipamentopara o cliente consome quase a mesma quanti-dade de energia que a fabricação dos compo-nentes – aproximadamente um terço da ener-gia total utilizada na produção. Nos EUA,especificamente, estes equipamentos são fre-qüentemente transportados por via aéreaporque seu magneto supercondutor é resfriadocom hélio líquido e não pode aquecer. "Semuma fonte de energia, todo o hélio evapora emaproximadamente 28 dias", diz Bömmel. "E res-friar o magneto novamente custa caro. Assim,descobrimos que o transporte marítimo pode

Quando se trata de sistemas médicos, a tec-nologia ecologicamente responsável é um

dos itens-chave na venda. Por exemplo, os hos-pitais que têm sistemas de gerenciamento am-biental querem que os principais produtos queadquirem venham com uma Declaração deProduto Ecológico, porque querem saber exata-mente o quanto seus métodos de produçãosão saudáveis e confiáveis, e o quanto seusaparelhos respeitarão a ecologia quando emuso. Esses fatos são fornecidos por Franz Böm-mel, chefe do Group Environmental no setor deHealthcare da Siemens, bem como pelos en-genheiros de desenvolvimento de produtos.Bömmel e outros contam como o método de"demanda cumulativa de energia" ou CED foidesenvolvido principalmente pelo Instituto dePesquisa Energética de Munique, Alemanha, hácerca de dez anos. "A demanda de energia cu-mulativa é a quantidade total da energiaprimária necessária para produzir, utilizar e dis-por de um instrumento/meio, inclusive trans-

Materiais para o Meio Ambiente

pois economiza espaço em um casco estreito.Ao mesmo tempo, a Industry Automation de-senvolveu o protótipo de uma máquina de 4megawatts (MW) que foi testada durante umano no Centro de Testes de Sistemas emNuremberg, funcionando tanto como geradorquanto como motor. O próximo passo é girarvagarosamente o motor HTS de 4 MW paraacionamento direto da hélice do navio. "Aindaestamos na fase de desenvolvimento", diz o líderdo projeto, Klemens Kahlen.

Importantes economias. Economias nos cus-tos do combustível, em especial por meio da re-dução do peso, são importantes na aviação.Cada quilograma de massa economizado repre-senta poupar diversas toneladas de combustíveldurante a vida útil de uma aeronave. Ao lado doalumínio, os engenheiros aeronáuticos estãocada vez mais se voltando para os compostosde fibra de carbono (CFRP), que podem reduziro peso do avião em até 30%.

"Devido à nossa especialização em váriasáreas de negócio, pudemos oferecer umasolução total", diz Klaus Vierbuchen, enge-nheiro de vendas em Colônia. Atuando comouma fornecedora de fonte única, a Siemensforneceu engenharia básica e detalhada,monitoramento de montagem, coordenou asmedidas de segurança e forneceu processo demedição e unidades de controle, sistemas deacionamento, mecanismo de ligação do motor,fornecimento de energia sem interrupções etransformadores para a fábrica.

Em um complexo processo na fábrica,blanks de fibras com um quilômetro de exten-são são cozidos para produzir os produtosacabados. Várias centenas de fibras correm emparalelo em cilindros através de estágios indi-viduais do processo automatizado. Váriosparâmetros – temperatura do forno, veloci-dade do transporte e tempos de pausas regu-lares e momentâneas das máquinas – sãoprocessados pelo sistema de controle deprocesso Simatic PCS 7 para garantir que as fi-bras atendam às exigências de qualidade es-tipuladas pelos engenheiros aeronáuticos.

A solução a partir de uma única fonte nãosó foi mais barata do que as oferecidas pelosconcorrentes, mas também a mais rápida demontar. "O fabricante pôde iniciar a produçãosemanas antes do prazo real", diz Vierbuchen.A nova unidade de fabricação de fibras ilustraque podemos ajudar a tornar o transporte sus-tentável de diversas formas. Por exemplo,construindo um metrô que respeita o meioambiente ou fornecendo especialização paraajudar os operadores a construírem fábricasde produção para produtos que respeitam aecologia. Tim Schröder



tema MRI, o alumínio deverá ser substituídopelo aço sempre que possível para reduzir o con-sumo de energia associado com o fornecimentodos materiais.

Embora a demanda de energia relacionada àfabricação do Avanto tenha sido examinada,analisar cada etapa deste processo seria sim-plesmente muito dispendioso. Em vez disso, oconsumo de energia da ala inteira de produçãoseria determinado utilizando medidores elétri-cos e de calor. Se este valor for dividido pelaquantidade total em quilogramas dos produtosfabricados, obteríamos o valor CED específicopara aquela ala de produção em quilowatts-hora por quilograma. Estes valores podem sersomados para determinar o CED para oprocesso de produção inteiro do equipamento.Um valor de CED adicional tem de ser determi-nado para o transporte entre as diferentes fábri-cas e até o cliente. Em relação ao MAGNETOMAvanto, cerca de 10% da demanda total deenergia corresponde a esta etapa.

Encolhendo as perdas em stand-by. A maiorparcela da energia na vida útil do equipamento éconsumida durante sua utilização. Calculadapara um período de dez anos, isto corresponde a86% do total de quilowatts-hora – ou aproxi-madamente 460 megawatts-hora por ano noMAGNETOM Avanto. Novamente aqui, Bömmelprevê medidas adicionais de redução de energia.Uma área promissora envolve os diferentes mo-dos de funcionamento dos equipamentos médi-cos. Um alvo principal serão as perdas dereserva (stand-by). No MAGNETOM Avanto, nãomenos do que 38% da energia é utilizada emum estado não produtivo. Durante o desliga-mento, o resfriamento essencial do hélio con-some cerca de 20% da energia, enquanto 18%são usados na fase de aquecimento que precedeum exame.

A reciclagem é a etapa final da análise CED.Com base no peso total, 85% do material nosequipamentos médicos podem ser reciclados.Aproximadamente 9% – a maior parte, plásticos– podem ser reutilizados termicamente. Combase na vida útil, cerca de 2% da energia podeser creditada à linha de resultado final de CED.

Assim, a abordagem CED pode ser utilizadapara calcular a demanda total de energia paracada equipamento ou aparelho e, não menosimportante, o impacto ambiental resultante deum equipamento ou aparelho. Por exemplo, sea fonte principal de energia for conhecida – oque em equipamentos médicos é energiaelétrica – sua contribuição para os gases doefeito estufa pode ser estimada.

Como o cálculo de todo os valores de energiano método CED é baseado na demanda de ener-gia primária, ou seja, no conteúdo energético decombustíveis fósseis, tais como carvão e petróleo,o conteúdo energético é primeiro recalculadoem termos de energia secundária – neste caso,energia elétrica.

O consumo anual médio de energia primáriado MAGNETOM Avanto corresponde a cercade 150 megawatts-hora de energia elétrica.Hoje, cada quilowatt-hora de eletricidade pro-duzida na Alemanha gera aproximadamente600 gramas de dióxido de carbono. Assim, ofuncionamento do MAGNETOM Avanto pro-duz cerca de 90 toneladas de dióxido de car-bono anualmente.

Os valores para outros poluentes, comoóxidos de nitrogênio, também podem ser es-timados com base no consumo de energia –usando as tabelas de conversão do Ministériodo Meio Ambiente da Alemanha. O métodoCED, portanto, fornece uma estimativa sim-plificada e barata do impacto ambiental deum determinado equipamento ou aparelho.

Rolf Sterbak

Análise da vida útil. Durante seus dez anos de vida útil, somente 62% da energia gasta por um MAGNETOM Avanto está associada com a utilização nesse período.

ser suficientemente rápido, pelo menos naCosta Leste dos EUA. Vários sistemas de MRI jáforam entregues dessa forma." De fato, acres-centa ele, a rota costeira precisa de somenteum sexto da energia do transporte aéreo”.

"Isto faz uma diferença significativa na linhade lucro do CED", diz Bömmel. Mas houve al-gum trabalho preliminar a fazer antes que elepudesse utilizar este método. Aqui, ospesquisadores na Siemens Corporate Techno-logy (CT) apresentaram dados demonstrandoos valores específicos da demanda de energiapara 75 categorias de material que são geral-mente utilizados para fazer equipamentosmédicos. Os valores definem a quantidade de

aço - levando em consideração toda a cadeia devalor, desde a manipulação do minério até omaterial acabado. Como a Healthcare, emgeral, apenas monta componentes e fabricapoucas peças internamente, a CT também de-terminou os valores CED para uma lista de com-ponentes-padrão, como ventiladores, computa-dores, monitores e teclados.

Ao juntarem todas essas peças do quebra-cabeça, os cientistas podem por fim calcular ototal de energia necessária para fornecer os ma-teriais que compõem um produto. No MAGNE-TOM Avanto, por exemplo, isso chega a 4% daenergia total – levando-se em conta a vida útilcompleta. Neste contexto, também, Bömmel vêoportunidades de melhoria: 45% da massa deoito toneladas do sistema MRI consiste dediferentes ligas de ferro e aço, enquanto aproxi-madamente 34 por cento são de metais não-fer-rosos e ligas. Quando considerados no contextoCED, no entanto, os metais não-ferrosos, taiscomo alumínio e cobre, são responsáveis pelouso maior de energia do que os metais ferrosos.Esta descoberta sugere que, em um futuro sis-

Utilização (86% = 459 MWh / ano)

1,000

2,000

3,000

4,000

5,000

Consumo deenergia em MWh

Quanta energia representa um Avanto?

Anos 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Aquisição de imagem (62%)

Desligamento do sistema e aquecimento antes da

ressonância (38%)

Materiais(4% = 192 MWh)

Disposição(-68 MWh)

Produção (10% = 507 MWh)

Produção de Componentes (37%)Entrega ao cliente(35%) Outros (28%)

Total:5.221 MW


energia que é consumida no fornecimento deum material industrial, tal como uma chapa em

Materiais para o Meio Ambiente | Armazenagem de Energia

"Cofrinhos" para Economizar Energia

Dispositivos de alto desempenho para armazenagem de energia e sistemas inteligentes garantem ótimo desempenho no forncedimento de veículos, em carganormal ou no pico.


Condensadores de dupla camada, chamados supercaps

(à dir.) são utilizados em bondes como o Combino

Plus (abaixo). Eles liberam energia armazenada dos

freios com rapidez, quando o veículo acelera.

Se for para a energia elétrica ser usada demaneira otimizada, ela precisa ser tempo-

rariamente armazenada, quer estejamos fa-lando de automóveis, sistemas de ônibus, bon-des, metrô ou redes de distribuição de energia.Em veículos de estrada, os componentes as-sumem cada vez mais funções, em parte comosistemas de assistência ao motorista e em partepara economizar energia – especialmente emveículos híbridos que combinam motor elétricoe motor de combustão. O motor elétrico servecomo um completo segundo acionador (em umveículo totalmente híbrido), como umacionador auxiliar para fornecer um impulso aoacelerar e passar (em um híbrido leve) ou como

Químico x Eletrostático

Os acumuladores, como as baterias de chumbo, hidreto metal-níquel e lítio-íon têm uma vida útil entre

três a dez anos, em média. Elas funcionam de acordo com princípios eletroquímicos. Carregar a bateria

converte energia elétrica em energia química. Quando um equipamento ou aparelho elétrico é conec-

tado, a energia química é convertida novamente em energia elétrica. O armazenamento de energia

como em condensadores de duas camadas, em contraste, armazena energia de maneira eletrostática.

Eles duram quase que indefinidamente e apresentam densidades de alta potência. No entanto, as suas

densidades de energia são baixas. Por este motivo, seu uso principal é para cobrir cargas de pico.

Tipo de bateria Densidade energética Wh/kg Densidade de energia W/kg Via útil em ciclos / anos

Bateria de chumbo 30 - 50 150 - 300 300 -1,000 / 3 - 5

Bateria de hidreto de níquel-metal 60 - 80 200 - 300 >1,000 / >5

Bateria de lítio-íon 90 - 150 500 - >2,000 >2,000 / 5 - 10

Supercaps (cond. de dupla camada) 3 - 5 2,000 - 10,000 1,000,000 / ilimitado

um assistente quando o veículo tem de parar edar partida novamente com freqüência (em umhíbrido partida-parar).

Para atender às necessidades de um númerocrescente de funções, os veículos necessitam dedispositivos de alto desempenho para o ar-mazenamento de energia. As baterias, no en-tanto, são pesadas, e a densidade de sua ener-gia é baixa. Um quilograma de diesel contém10.000 watts-hora, enquanto o acumulador dechumbo contém somente 30 a 50 Wh/kg. Adensidade da energia das baterias é baixa tam-bém, alcançando um máximo de 300 Wh/kg.Para um carro elétrico acelerar com rapidezcomo um veículo com motor a gasolina 90 kW,

precisaria de uma bateria de chumbo de 300quilogramas sob o capô. É por isso que a maio-ria dos veículos híbridos atualmente empregabaterias de hidreto de metal-níquel com capaci-dade de 60 a 80 Wh/kg. Baterias de lítio-íon ou lí-tio-polímero são ainda mais poderosas, com 90a 150 Wh/kg. Além da capacidade de armazena-mento, a vida útil do acumulador também é li -mitada. Uma bateria de chumbo é boa para, nomáximo, 1.000 ciclos de carregamento-descar-regamento. Baterias de hidreto de metal-níquelou de lítio-íon duram consideravelmente mais.

Os acumuladores precisam ser carregadosvagarosamente para evitar danos. Mas os veícu-los, por serem associados a muitas aplicações,precisam ter a capacidade de carregar rapida-mente – por exemplo, quando a energia dosfreios é aproveitada em carros ou bondes. Comisto em mente, a Siemens está promovendo ouso de condensadores de dupla camada, oschamados supercaps – dispositivos que acumu-lam energia elétrica separando as cargas assimque a tensão é aplicada. Os supercaps oferecemcapacitâncias de 300 a 10.000 farads.

Os supercaps têm densidades de energiamuito baixas – três a cinco Wh/kg – mas densi-dades de potência extremamente altas de 2.000 a10.000 W/kg. Podem ser trocados em poucos se-gundos e, com cerca de um milhão de ciclos decarregamento-descarregamento, sua vida útil émuito longa. Isto acontece devido ao fato de queos processos de separação das cargas que ocorremdentro deles são puramente de natureza física.Eles podem armazenar e liberar grandes quanti-dades de energia de maneira extremamenterápida, o que torna possível utilizar um motorelétrico em veículo híbrido, bonde ou locomotivacomo gerador que recupera a energia das frena-gens. Esta energia regenerada é armazenada emsupercaps e reutilizada quando o veículo aceleranovamente. A vantagem resultante é economiade combustível e energia entre 5 e 25%, depen-dendo do ciclo de acionamento.

Este tipo de montagem já foi testado em di-versos sistemas de metrô – por exemplo, emMadri, Colônia, Dresden, Bochum e Beijing. Ossupercaps também podem ser utilizados em apli-cações de distribuição de energia, pois as redesde abastecimento são constantemente sujeitas avariações de carga para as quais as turbinas pe-

0.1 s

Comparação de Sistemas de Bateria

0.01

10Densidade de energia em watts/hora por quilograma (W/kg)

100 1,000 10,000

0.1

1

10

100

1,000

Densidade da energia em watts-hora por quilograma (Wh/kg)

10,000 s 1,000 s100 s

10 s

1 s

Condensadores de duas camadas

Capacitores eletrolíticos

Pb NiCd

NiMH

Li-ionBaterias



sadas não podem reagir de maneira suficiente-mente rápida. As empresas de serviços de eletri-cidade poderão usar o armazenamento flexívelde energia como os supercaps para equilibrar ascargas de pico e as baixas.

"Em dez anos, veículos com esses novos sis-temas de armazenamento serão comuns,como os de hoje, com suas baterias confiáveisde chumbo", diz Manfred Waidhas, líder de pro-jeto para Armazenamento de Energia Eletro-química na Siemens Corporate Technology.

"Está se tornando cada vez mais importantegarantir o abastecimento de energia elétrica",diz Horst Gering, chefe do departamento deGerenciamento de Baterias e Energia da antigaSiemens VDO. "Isto é especialmente verdadeiroquando envolve segurança, por exemplo, comfrenagem ou direção elétrica". Em tais sistemas,é necessário monitorar constantemente o es-tado do armazenamento da energia. Com istoem mente, a Siemens desenvolveu o BMS (Sis-tema de Monitoramento de Bateria). Aqui, uti-lizando supercaps, a resistência e capacitânciainternas são determinadas a fim de avaliarquanta corrente o armazenamento de energiapode fornecer para tarefas específicas. O sis-tema de gerenciamento da energia então deter-mina quando o armazenamento deve ser co-brado, para que permaneça sempre dentro dosparâmetros ótimos de funcionamento, e quantacorrente poderá ser disponibilizada para quaisaparelhos e equipamentos. No final das contas,em alguns casos, poderá não haver energia sufi-ciente disponível se muitos equipamentos eaparelhos estiverem funcionando simultanea-mente. A Siemens batizou o algoritmo para esteprocesso de "Negociante de Energia".

"É como ter um mercado de estoques regu-lando o uso de energia", diz Gering. "O Nego-ciante de Energia calcula a oferta – neste caso,a quantidade de energia disponível do gerador– e estabelece o preço da eletricidade de acordocom a demanda. Se a demanda aumentar, opreço também subirá. Sistemas pertinentes àsegurança, tais como freios elétricos, são estabe-lecidos para que nenhum preço seja caro de-mais. Os sistemas de conforto, por outro lado,compram menos energia até que o preço caia aum determinado nível. Em alguns casos, elespoderão até ser desligados.” Bernhard Gerl

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Edição 2/2008

Soluções "sob medida"Todo cliente tem seus desejos especiais.Isto é verdade tanto para fabricantes detransportes sobre trilhos e aeronaves, ope-radoras de usinas elétricas, setor de serviçose organizações de saúde, como para pes-soas físicas. Em resposta, os fabricantestêm de incorporar um elevado grau deflexibilidade nos seus processos, ao mesmotempo em que mantêm a produção demaneira econômica. Em muitos casos, acapacidade de inovar é a chave do sucesso.

Assistentes invisíveisAlgumas questões são simplesmente muitodifíceis para as pessoas resolverem. Onde,por exemplo, em centenas de imagensanatômicas do corpo de um paciente,poderá estar escondido um pequeno tu-mor? Quais mensagens são realmente im-portantes, de uma enorme quantidade dedados que invadem um centro de controledurante uma emergência? Quando é que aquantidade de valores de mediçõesadquiridas por um vasto número de sen-sores indica que uma máquina específicaestá prestes a falhar? Qual o tamanho dorisco associado a uma determinada decisãofinanceira? No futuro, a inteligência doscomputadores desempenhará um papel cru-cial em ajudar a responder a estas pergun-tas e a uma grande variedade de outras.

Energia parabilhõesAté 2020, oito bilhões de pessoasviverão na Terra. Graças às melhoriasno padrão de vida, esta enorme popu-lação terá um grande apetite por ele-tricidade. Como suas necessidades deenergia poderão ser atendidas e aomesmo tempo seu impacto no meioambiente ser minimizado? Até queponto as fontes de energia renovávelapresentam uma solução sustentável?Quais são as perspectivas de separarcom sucesso o dióxido de carbonoproduzido em termelétricas movidas a combustível fóssil e mantê-lo comsegurança? Qual é a melhor maneirade armazenar energia? As redes in-teligentes e usinas elétricas virtuaisserão suficientemente desenvolvidaspara garantir fornecimento de energiaconfiável e seguro?


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