Mapeamento de geradores termoelétricas aplicados como fonte de energia em Cubesats: estado da arte e propriedade intelectual.
Data
2024
Autores
Soares, Gabriel Brugues
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Resumo
Esta revisão tem como objetivo realizar o mapeamento da aplicação de Geradores Termoelétricos (“Thermoelectric Generators”, TEGs) como fontes de energia em nanossatélites, com foco nos modelos Cubesat. Embora os satélites sejam amplamente utilizados para observações terrestres, os altos custos de lançamento e produção representam desafios significativos para novas missões. Em resposta a esses desafios, o desenvolvimento da eletrônica permitiu a criação de nanossatélites, como os CubeSats. Com foco no fornecimento de energia, há uma ampla utilização das células solares para alimentar seus sistemas, com eficiência variando entre 16,8% e 32,2%, dependendo da sua construção. No entanto, a principal desvantagem das células solares é a diminuição da potência específica gerada (W/kg) à medida que a distância do Sol aumenta. Uma alternativa ainda não explorada em profundidade é o uso de TEGs como fonte de energia para Cubesats. Já existem aplicações de TEGs em satélites, como nos Geradores Termoelétricos de Radioisótopo (Radiosotope Thermoelectric Generators - RTGs). Uma busca sistemática da literatura resultou em 33 artigos cientificamente relevantes, dos quais 21,2% utilizaram softwares de simulação, como o ANSYS, para avaliar o comportamento térmico dos Cubesats, considerando especificações de construção e disposição dos subsistemas. Das 34 patentes analisadas, apenas uma mencionava a aplicação de micro-TEGs, enquanto as demais focavam em modificações estruturais potencialmente aplicáveis a nanossatélites. Observou-se um pico na criação de patentes entre 2016 e 2020, com foco posterior na otimização estrutural e térmica dos Cubesats. Grande parte das patentes está classificada em Execução de Operações de Transporte, com ênfase em sistemas de energia e comunicação para aplicações espaciais, além de desenvolvimento estrutural de componentes eletrônicos e testes de sistemas fotovoltaicos. Não foram identificadas patentes específicas para TEGs como fonte de energia em Cubesats, destacando uma lacuna tanto industrial quanto acadêmica. Conclui-se, então, que a aplicação de TEGs pode proporcionar uma solução inovadora e eficiente para o aproveitamento do calor residual, merecendo maior atenção e investimentos. Recomenda-se que futuras pesquisas se concentrem em simulações numérico-computacionais para explorar as propriedades elétricas e térmicas dos TEGs aplicados a CubeSats, possibilitando avanços significativos na entrega de energia para a “Electrical Power System” (EPS).
Abstract
Descrição
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Latino-Americano de Tecnologia, Infraestrutura e Território da Universidade Federal da Integração Latino-Americana, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia de Energia.
Palavras-chave
Cubesat, Geradores Termoelétricos, Fonte de energia, Mapeamento