Radio a Querosene

Una radio a ...queroseno

Tal vez para algunos no sea novedad, pero para muchos si lo es, incluidos nosotros. El dato nos llogó: "mirá si te interesa, en Vidriería Young hay una radio a queroseno".
La verdad que el receptor funciona a energía eléctrica, pero la misma es producida por una lámpara a queroseno, al encenderse la mecha ésta produce calor a unas placas que a su vez hacen funcionar un tipo de "turbinas" que producen la electricidad - 9 volts - que alimenta el circuito del receptor; así, a grandes rasgos y someramente es la explicación que nos proporcionaron sobre el aparato Geloso de origem italiano y no es tan viejo como se puede suponer. En la presente nota gráfica viemos el receptor de radio con su respectivo artefacto.

Artigo publicado em jornal do Uruguai em 28/06/83, com foto enviado pelo Mauro Alves do Uruguai.
Fueron vendidas en Uruguay en la década del 50' . Tengo entendido que fué un negocio con Rusia en que se cambiaron por carne. Consiste en un generador termoeléctrico, que trabaja con el calor de la lámpara a querosene, y hacía funcionar una radio Geloso, que evidentemente, tenía válvulas de 1.5 v. El que poseo, es marca ALADDIN, Nro. 901 pero tiene un escrito en chino u otro idioma, por lo que no aseguro la procedencia. Daba tres voltajes,1.5 volts a 0.40 A, 1.5 volts a 0.25 A y 90 volts.

Esta noticia não tenho dúvida foi uma novidade relembrada, pois há muito tempo já sabia de sua existência, pois uma pequena nota sem foto saiu numa destas revistas de eletrônica, talvez a Revista Monitor de Rádio e Televisão ou a Antenna. Uma curiosidade que não deveria ser esquecida.... Uma tecnologia muito interessante.

Resolvi pesquisar sobre o assunto e preparei esta página que acredito ser de interesse a todos quanto queiram saber algo a mais sobre a tecnologia do rádio, em especial deste produto que é oriundo de estudos sobre pesquisas aero espaciais, como veremos adiante.

Incluímos o presente rádio apenas para ilustração e compreensão sobre o funcionamento do esquema.

Este é o diagrama esquemático do 4BNS-6 cujo circuito foge do convencional. Nada de mais no 1º detetor e heterodino conversor (SB242) nem na amplificação de FI (1ª SO 241)... Mas o pentodo amplificador e 2º detetor (2ª SO 241) tem uma conexão no mínimo inusitada. A placa do pentodo é utilizada como se fosse o diodo detetor; a tomada de áudio da última FI segue os padrões normais que conhecemos ... mas a amplificação de áudio neste mesmo estágio se realiza pela 3ª grade do 2º pentodo SO 241 que injeta o sinal no pentodo de potência SB244.

Conjunto completo: Logo acima o termo gerador; a lanterna de querosene, duas ampolas esféricas; a chaminé, o sistema de fixação gerador/lâmpada e coreentes de pendurar, fios de conexão.

Parte superior do termogerador com visão dos prismas internos multifacetados de escoamento de calor e painel de contactos das termobaterias.

Duas outras vistas da parte superior do termogerador vendo-se o anel de cobre para retenção da chaminé.

Parte inferior do termogerador vendo-se o prisma multifacetado proeminente para encaixe na ampola esférica.

Até então as únicas fontes de corrente elétrica úteis para a alimentação de rádio receptores em localidades rurais não eletrificadas eram (e ainda são) as pilhas de baterias galvânicas. Estas últimas possuem uma série de deficiências principalmente quanto a duração limitada quando em uso e o problema básico da conservação quando não utilizadas, além do que, sua tensão de trabalho diminui a medida que vai sendo usada.

Foi agora (1954) introduzida uma nova fonte de alimentação para rádios baseada no princípio da geração termoelétrica.

Neste artigo damos a descrição do principio de atuação do processo termoelétrico utilizado no termogerador ТГК-3 com potência de 3 Watts, destinado para a alimentação de radio receptores rurais a batería do tipo "Rodina-47", "Rodina-52", "Iskra", "Tallinn Б-2", "Tula", "Voronezh" entre outros.

A atividade de geração termoelétrica é baseada no efeito termoelétrico que consiste no aquecimemto de um ponto de união (solda*) de dois metais diferentes entre si. Nestas condições, medindo-se o potencial elétrico entre as extremidades frias, surge uma fonte eletromotriz que é chamada de (termo-EdS). Este princípio há muito já era conhecido e utiliza-se correntemente para medição de temperatura em fornos de alta temperatura para tratamento de metais, padarias e sistema de esterelização. Ao fecharmos o circuito (elemento termoelétrico) na resistência exterior, começará a circular uma corrente eléctrica (fig. 1). Assim, nos fenómenos termoelétricos há uma transformação direta da energía térmica em elétrica.

(solda*) –Na verdade Caldeamento = Difusão interatômica entre os dois metais do par termogerador.

Aqui, Е – é a força termoeletromotriz transformada em volts que dependerá de Т1 y Т2 – respectivamente a temperatura do lado quente e do lado frio tomando-se em conta o ponto de união dos elementos termoelétricos, e o coeficiente termo-EdS, que depende da natureza dos metais que formam o par termoelétrico dado. Este se expressa em microvolts por grau centígrado.

Tomemos o condutor circular que consiste de dois metais А (fig. 2), e vamaos aquecê-lo em dois lugares de suas uniões respectivamente nas temperaturas Т1 y Т2 de forma que Т1 seja maior Т2. Ao aquecer-se a união do elemento termoelétrico como explicamos, do lado quente a corrente irá do metal B ao metal А, а do lado frío do metal А ao metal B. Considereremos portanto a forca termoeletromotriz positiva do metal А em relação ao metal B.

É possível dispor uma série consecutiva entre todos os metais conhecidos de forma que a força termoeletro-motriz de qualquer metal anterior seja positiva em relação o seguinte. Desta forma elaboramos a tabela abaixo, levando em conta a força termoeletromotriz em milivolts, considerando um par termoelétrico deste elemento indicado sempre em relação à platina, e referindo-se a um padrão de diferença de temperaturas de 100 °.

Os sinais «+» e «-», que classificam os valores numéricos da força termoeletromotriz e indicam a polaridade deste par formado com a platina.

Antimônio	+ 4,7
Ferro	+1,6
Cádmio	+ 0,9
Zinco	+ 0,7
Cobre	+ 0,74
Ouro	+ 0,73
Prata	+ 0 71
Estanho	+ 0,41
Alumínio	+ 0,38
Mercúrio	0
Platina	0
Cobalto	- 1, 52
Níquel	– 1,64
Constantan (liga cobre-níquel)	– 3,4
Bismuto	– 6,5

De acordo com dados demonstrados acima, é fácil calcular a força termoeletromotriz desenvolvida pelo elemento termoelétrico, composto por qualquer junção de metais, indicados na tabela. Esta será igual a diferença algébrica das forças termoeletromotrizes dos termoeletrodos, de cada um em relação para com a platina. Assim, por exemplo, a força termoeletromotriz de um par bismuto – antimonio, componderá +4,7 - (– 6,5) = 11,2 mV, em um par ferro –aluminio +1,6 – (+ 0,38) = 1,22 mV.

Se a temperatura a frío nas soldas externas dos elementos termoelétricos tornar-se constante, a força termoeletromotriz será proporcionalmente dependente da mudança de temperatura no lado quente da solda. Isto dá a possibilidade de aplicarmos elementos termoeléctricos como estes para a medição de temperatura em fornos metalúrgicos.

Com o uso dos fenómenos termoelétricos para objetivos de medição de temperatura, a partir de meados do século pasado, foram feitas numerosas tentativas de aplicação dos elementos termoelétricos para utilização como fonte de energia, e.d. Utilizando-se baterías de elementos termoelétricos sucesivamente unidos de acordo com as fontes de energía elétrica requerida. Na fig. 3 mostramos o princípio esquemático da termobatería.

Este agregado de termoelementos pode encontrar uma aplicação prática, desde que tenha um alto rendimento e conserve suas propriedades durante largo tempo de uso. Porém por motivos que descreveremos depois, não se conseguiu até há pouco tempo criar um gerador termoelétrico conveniente para tais exigências.

Devido ás deficiências dos sistemas de transferência de calor nem toda a energía térmica do combustível é transferida para o lado da solda quente dos elementos termoelétricos. Também em conseqüência da termocondutividade dos termoeletrodos, uma parte considerável do galor é disperdiçada, indo diretamente pela superfície dos termoeletrodos às aletas de refrigeração. Assim, nem toda a energía elétrica que obtemos neste efeito termoelétrico pode ser aproveitado no circuito exterior. Parte desta energía é perdida também na resistência interna do próprio elemento termoelétrico. Por isso o rendimento destes termogeradores é baixa.

Para o aumento do rendimento termoelétrico, que apresenta a relação entre energía elétrica e energía térmica, as soldas no lado quente do gerador termoelétrico devem cumprir os seguintes requisitos:

1) Ser possível ampliar as diferenças de temperaturas entre o lado quente e o frío entre as soldas dos elementos termoeléctricos, e.d. Trabalhar com mais alta temperatura num dos lados das soldas, obviamente limitando-a á temperatura de fusão do par termoelétrico (de acordo com os materiais usados);

2) Escolher termopares feitos com materiais que desenvolvam a máxima força termoeletromotriz para a temperatura na qual será utilizada;

3) Escolher termopares feitos com materiais que em operação possuam a menor resistência interna e a maior condutividade.

Os termopares puramente metálicos propiciam uma força termoeletromotriz muito diminuta, por isso seu rendimento é muito baixo (menor que um por cento). Os semicondutores possuem um termo-EdS bem mais elevado (alguns sulfetos, óxidos, e uniões intermetálicas). Porém para estas sustâncias a relação de termocondutividade media para eletrocondutibilidade media é habitualmente mais alta do que para os metais puros. Alguns materiais de semicondutores possuem o termo-EdS tão alto quanto o dos elementos termoelétricos compostos. Destas combinações resultam pares de alto rendimento.

A aplicação de susbstancias semicondutoras é complicada devida à fragilidade que apresentam. Um outro problema paralelo é a oxidadação a que estão sujeitas as soldas que ficam do lado quente perdendo de imediato a propriedade desejada de durabilidade, e desejo de uniformidade em todos as unidades termogeradoras produzidas. Isto explica as pequenas produções em diversas tentativas frustradas outrora.

Graças ao desenvolvimento da ciência nacional e à tecnologia atual, foi possível construir um gerador termoelétrico útil tal como o ТГК-3, que embora não possua um alto rendimento possui uma alta duração de serviço. Obviamente as características de termogeração não são as mais elevadas, mas seguramente os cientistas soviéticos alcançarão melhores rendimentos em futuro próximo.

O gerador termoelétrico ТГК-3 es destina-se a alimentação de radioreceptores individuais em localidades não electrificadas, onde se aplica a iluminação de querosene. Por isso decidiu-se a usar como base a lâmpada comum de querosene tipo “Molnija” que serve ao mesmo tempo para iluminação. Desta maneira não há custos adicionais ao usar-se o termogerador ТГК-3 para produção de energia elétrica.

No início do artigo mostramos o aspecto exterior do gerador ТГК-3 e na fig. 4 o seu principio esquemático. A lâmpada que aquece o gerador termoelétrico tem uma ampola de vidro esférico reduzida em relação à convencional sem a conhecida chaminé. Dentro desta esfera, diretamente sobre a chama da lâmpada, entra o prisma polifacetado ( 1 ) projetado para escoamento dos vapores aquecidos. Em volta deste prisma, estão as soldas “quentes” do conjunto de termopares a que chamaremos de termobateria ( 2 ) .

A termotransferência se efetua pela radiação da chama e pela convecção que se realiza através dos prismas em seus canais longitudinais. Nestes canais, os gases quentes (produzidos pela combustão em mistura com ar ambiente) transferem o seu calor e saem pela chaminé metálica ( 3 ) que fica logo acima da unidade prismática de transferência. O lado das soldas frias é garantido pelos aletas radiadoras metálicas ( 4 ) que também são usadas para fixação da termobateria sobre a lâmpada de querosene através de três pequenas molas e para uso como lâmpada de teto ou tipo gaiola. ( 5 ) correspondem a correntes e ( 6 ) as molas de retenção do termogerador com a lâmpada de querosene.

O gerador termo elétrico possui duas termobaterias indepedentes e estas consistem em um grande número de elementos unidos em série. Os modelos iniciais forneciam 2V a 2 A e servindo para a alimentação dos filamentos das válvulas e para a alta tensão através de um sistema transformador vibrador que vai consumir mais 0,5 A. Este mesmo setor possui uma derivação de 1.6V (corrente de 0.36 A). Nos modelos recentes duas termobaterias são instaladas uma para fornecer 1.6V a 2 A e outra seção fornecendo 100 V a 0.050 A. As soldas dos elementos termoelétricos são isolados eletricamente do aquecedor e das aletas de refigeração.

Em comparação com as pilhas secas usadas atualmente para alimentação de radioreceptores, o termogerador possui uma serie de vantagens importantes. No ponto de vista econômico, diminui o gasto com materiais não ferrosos poluentes, ainda mais, o termo gerador possui tempo ilimitado de vida se for guardado e um tempo muito maior quando em uso, alem dissso possui uma tensão estável em toda a sua vida útil e não teme curtocircuitos não dá vazamentos nem deteriora o equipamento eletrônico e entra em operação tão logo seja aquecido.

Atualmente a indústria iniciou a produção em série destes termogeradores como o ТГК-3.

Rádio a querosene (junho de 1956 e junho 1960) Popular Mechanix.

Os dois contatos superiores correspondem à alta tensão eos três inferiores, aos filamentos com derivação.

Nos anos ’50 o cientista e pesquisador Dr. Abram Ioffe junto com sua equipe desenvolveu no Instituto de Semicondutores de Leningrado o termo reator de transferência direta de energia térmica em elétrica, que foi objeto da descrição acima. O Dr. Ioffe á vinha pesquisando estes tipos de reatores desde os anos ’30. Em 1957 ele publicou um trabalho em que demonstrava o êxito de ter obtido um termo reator capaz de gerar 1 HP de energia elétrica. A pesquisa iniciou-se com o intuito de desenvolver um “dínamo” para veículos e motores estacionários que não tivesse partes móveis, simplesmete aproveitando o calor desperdiçado nos gases quentes da exaustão destes motores. O termo reator de 1 HP foi experimentado também com um sistema óptico de concentração dos raios solares e provou-se muito eficaz.

Estes termoreatores, que funcionam pela diferença de temperatura entre as estremidades, convertem a energia térmica diretamente em energia elétrica devido ao princípio do “Efeito de Seebeck” e tem seu uso restrito a pequenas potências. Antigamente, estes usavam pares bimetálicos que se transformavam quimicamente por efeito da alta temperatura e, portanto possuíam vida curta. Estudando estes fenômenos de transformação dos metais o Dr Ioffe desenvolveu compostos que se mantinham estáveis em altas temperaturas por já terem sido previamente transformados e estarem quimicamente estáveis. Assim nasceram os pares formados por duas unidades de Telurieto de Bismuto (Bi₂ Te₃).

O primeiro eletrodo vem a ser este Telurieto de Bismuto dopado com antimônio,

O segundo eletrodo vem a ser este mesmo Telurieto de Bismuto, porém dopado com selênio.

Este par formará, portanto a junção P e N necessária para o processo de geração.

As unidades são formadas for tijolinhos em forma de “L” ou “S” de acordo com a figura 3.( Mecânica esquemática da termobatería). Que apresentamos na descrição do TGK-3.

As junções recebem um tratamento térmico de difusão atômica para garantir os contactos perfeitos enquanto os elementos são todos isolados entre si por uma fina camada de cerâmica altamente isolante que é sinterizada nos interstícios das peças. Temos, portanto um “dínamo” sem partes móveis sem desgaste e sem ruido de funcionamento. O Telurieto de Bismuto é produzido em filetes ou tijolinhos através da técnica da metalurgia do pó e a sua posterior sinterização com os isolantes de cerâmicos confere a resistência mecânica necessária ao conjunto final.

Opera com gases de exaustão, porpano, gás natural, querosene e quantos mais fluidos térmicos aparecerem. Como V. viu, o sistema opera pela diferença de temperaturas, portanto também funcionará entre o refrigerador e a temperatura ambiente ou entre o refrigerador e seu próprio radiador que é bem aquecido.

As esperiências demonstraram que a eficiência do par termo gerador é maior numa primeira fase de baixas temperaturas, mas logo diminuindo sua eficiência em temperaturas ainda mais baixas.

Em 1991, V. A.Kutasov e posterirmente em 1999, V. A. Kutasov, L. N. Lukyanov e P. P. Konstantinov do mesmo Instituto que agora leva o nome de Instituto de Ciências A. Ioffe, levaram a efeito um estudo detalhado sobre a aplicação dos compostos de Telurieto de Bismuto em vários níveis de diferenciais de temperaturas recomendando concentrações específicas de “dopes” entre os diversos diferenciais com intuito de rendimenos máximos.

A Historia conta, talvez por lenda, que Arquimedes três séculos antes de Cristo deteve a invasão dos romanos em Siracusa através do artifício de concentrar a luz solar nas velas dos navios romanos e incendiá-las. Para tanto utilizou escudos polidos em carrinhos devidamende posicionados que enfocavam a luz do sol em suas velas. Técnicamente falando comprova-se hoje em dia a possibiidade de tal feito, primeiramente devido à extraordinária concentração de raios solares na região, em função da angulação terrestre para com o sol. Os carrinhos de madeira com escudos polidos são também viáveis, pois era uma técnica bem conhecida na época, Os escudos polidos bem como os espelhos também eram conhecidos àquele tempo. Cumpre, porém saber se já se conheciam os princípios das distâncias focais em espelhos esféricos ou parabólicos, pois na prática necessitaríamos de focais da ordem de 250 à 300m em espelhos relativamente grandes para que o feito tivesse êxito. O fato de a esquadra ficar parada esperando ser incendiada é admissível, pois seguramente os romanos não conheciam estas leis físicas e uma vez acontecendo o incêndio os romanos associariam de imediato à força dos deuses se retirando, portanto. Há poucos anos, estudantes do Massachusetts Institute of Technology repetiram a experiência na mesma praia de Siracusa e conseguiram um princípio de incêndio em uma embarcação desde que ela ficasse estacionada por dez minutos no mesmo local. Este fato serve para ilustrar que o homem intuitivamente vê o aproveitamento da energia térmica para transformação em outra forma de energia como a primeira fonte, bem antes mesmo da energia luminosa.

Contrariamente ao sentimento natural, cujo exemplo acima expusemos, as primeiras formas de transdução energética usada nas conquistas espaciais foi oferecida pelas células solares transferindo energia luminosa em energia elétrica. Estes transdutores, todavia necessitam estar permanentemente virados para o sol em suas jornadas espaciais, necessitando para tanto um mecanismo a mais que além de ser sujeito a falhas, também consome parte da energia preciosa que são geradas pelas células solares. O satélite Vanguard I de 1958 foi o primeiro artefato a usar células solares fotoelétricas (ou fotovoltaicas) o que rendeu um ano a mais de funcionamento após o termino de vida das baterias que transportava.

Em 1866 o físico francês Auguste Mouchout construiu uma caldeira que funcionava através de espelhos parabólicos concentradores de calor solar com um rastreador que mantinha o sol na posição de maior eficiência. Com este sistema conseguiu fazer funcionar um motor a vapor.

Os russos resolveram combinar o sistema fotoelétrico com o termoelétrico utilizando, portanto duas fontes de energia. Provavelmente os primeiros artefatos foram o Lunakhod, e o Venera, mas os americanos também vieram a fazê-lo nas sondas Casini, Galileo, e Viking; nas estações espaciais MIR e Internacional e também simplesmente hoje em todos os satélites atuais de telecomunicações.

Das primeiras termobaterias às atuais tivemos um salto de eficiência de menos de 1% à 5% já em 1960 e atualmente estamos em 7 a 8 %. Porém estas mesmas termobaterias são premiadas e atingem 15 a 20% no espaço sideral simplesmente por não haver atmosfera que conduza o calor para o outro lado sendo estes artefatos consequentemente muito mais eficientes do que as células fotovoltaicas.

No espaço sideral, as temperaturas nas superfícies banhadas pela termoradiação solar (na região do infra vermelho) atinge perto de 200ºC enquanto áreas de sombra atingem -120ºC.

O Telurieto de Bismuto possui a estranha, mas desejável propriedade de ser um bom condutor elétrico e um péssimo condutor térmico.

Nestas condições foi idealizado o Dodecaedro termoenergético que vamos demonstrar logo a seguir:

Preparamos a figura para que V. entenda o funcionamento da termobateria espacial.

Retas azuis = Seis eixos do dodecaedro = onde se localizam as seis termobaterias.

*A figura geométrica do dodecaedro caracteriza-se por ter permanentemente seis faces visíveis independentemente da posição em que estiver.

*O somatório das resultantes das energias incidentes em suas faces energizadas é constante

Neste desenho simplificado usamos apenas três termobaterias (em lugar de seis) que ilustram o principio de funcionamento do Dodecaedro. Qualquer das interfaces uma estará quente e a outra estará fria, portanto gerarão energia elétrica. O retificador de onda complea associado à cada uma das termobaterias vão proporcionar a corrente senpre no sentico correto e pronto para uso.

O Telurieto de Bismuto é de relativa fácil obtenção, é bastante durável e muito mais barato que a produção de silício. Possui também propriedades fotoelétricas casando com as termoelétricas. Provavelmente sua única aplicação comercial nesta área é a encontrada nas células dos fotômetros das câmaras FED de fabricação Ucraniana. Foram empregadas na versões 4, 5, 5B e 50 como vemos abaixo.

Bismuth telluride (Bi₂Te₃) is a grey powder that is a compound of bismuth and tellurium also known as Bismuth(III) telluride. It is a semiconductor which is an efficient thermoelectric material for refrigeration or portable power generation. The CAS registry number is [1304-82-1]. The density is 7700 kg.m^-3. It has a melting point of 573 C.

§ A high Seebeck coefficient (voltage per unit temperature difference). The Seebeck coefficient of N-type bismuth telluride is -287 μV/K Seebeck coefficient of P-type Bismuth Telluride is 81μV/K

§ A high electrical conductivity. The electrical conductivity of N-type bismuth telluride is 1.1 × 10⁵ Siemens per meter.

§ Low thermal conductivity. The thermal conductivity of bismuth telluride is 1.20W/(m*K) giving the compound a thermal insulation value similar to ordinary glass.