Os Novos Motores Elétricos para Caminhões

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RESUMO

Artigo referente ao curso de engenharia Mecânica

Neste projeto foram realizadas diversas pesquisas sobre o histórico do veículo elétrico no Brasil, desde a sua forma de abastecimento, passando por seu sistema de acumulação de energia e sua dinâmica de funcionamento. O objetivo deste trabalho foi estudar os entraves à inserção do veículo elétrico no mercado nacional. Vários estudos comparativos foram realizados entre o veículo elétrico e o veículo convencional, à combustão, com o intuito de se conhecer melhor sobre os seguintes itens: as emissões de gases/poluentes no meio ambiente, o aproveitamento do potencial energético brasileiro para o abastecimento dos veículos elétricos, a frota potencial de veículos elétricos no país e a redução da auto descarga da bateria. Foram ainda sugeridas melhorias para um veículo elétrico atual, com o objetivo de contribuir para o aumento de sua autonomia e de sua eficiência energética.

Palavras-Chave: Veículos elétricos; Emissão de gases do efeito estufa; Baterias de tração; Sistema elétrico brasileiro; Consumo de energia em veículos elétricos.

1. Introdução

O Brasil sofre com a poluição nos grandes centros urbanos, gerada principalmente por fontes móveis, ou seja, veículos automotores de transporte de passageiros particulares e coletivos, e veículos de carga, movidos principalmente a combustíveis líquidos derivados de petróleo e da biomassa. Há uma imensa frota de caminhões no Brasil automotores distribuídos em 21 categorias que são: automóvel, bonde, caminhão, caminhão-trator, caminhonete, camioneta, chassi plataforma, ciclomotor, micro-ônibus, motocicleta, motoneta, ônibus, quadriciclo, reboque, semirreboques, sidecar, outros, trator-esteira, trator rodas, triciclo e utilitário. De acordo com o Departamento Nacional de Transito - DENATRAN 2014, esses dados foram consultados e com isso atualmente a frota de veículos que circulam no Brasil é de quase 85 milhões, houve um crescimento de aproximadamente 6,5% se comparada com os dados de agosto de 2013. Estes veículos, utilizam principalmente como combustível os derivados de petróleo, e são responsáveis por grande parte das emissões de poluentes como monóxido de carbono, óxido de nitrogênio, hidrocarbonetos, que são prejudiciais para a saúde e afetam diretamente as mudanças climáticas que estamos vivenciando. A temperatura média global poderá aumentar entre 0,6 a 2,5oC nos próximos cinco anos e de 1,4 a 5,8oC até o próximo século. Visando reduzir essa transformação climática, com consequências drásticas ao meio ambiente e ao homem, essas emissões de gases poluentes devem ser reduzidas (PEREIRA, 2007). Pensando nesses fatores, é imprescindível então desenvolver veículos menos poluentes, mais eficientes e que possam utilizar fontes de energia renovável. No ano de 1996 foi lançado um veículo elétrico onde mudaria todo o cenário no qual colocaria novamente os veículos elétricos nas ruas. A General Motors lançou o EV1, este veículo possuía um motor elétrico de aproximadamente 137CV, que era alimentado por baterias de chumbo-ácido, possuía autonomia de 90 a 150Km dependendo do seu uso, com desempenho de 0 a 100Km/h era próximo de 9 segundos, e a velocidade máxima era limitada

em 130Km/h, carregava somente o motorista e um passageiro, trazia de série trio elétrico, ar- condicionado, CD player, ABS, controle de tração, e air bags dianteiros, todos de funcionamento 100% elétrico. Possuía o sistema de frenagem regenerativa e não emitia poluentes (EDELSTEIN, 2013). Em 2003 a General Motors retirou todos os carros que eram cedidos via leasing do mercado e a grande maioria destes veículos foram destruídos. Há controvérsias sobre a verdadeira causa desde acontecimento, segundo a montadora não havia como garantir peças sobressalentes e assistência técnica, mas de acordo com o documentário de (PAINE,2006) há dúvidas senão foram feitas conspirações formada por montadoras e cia petrolíferas contra o carro elétrico.

2. Desenvolvimento

2.1 HISTORIA DOS VEICULOS

De acordo com o autor (EHSANI et al., 2005) há um conceito sobre veículos híbridos elétricos muito antigo quanto até mesmo os automóveis de hoje em dia. O objetivo principal, no entanto não foi para baixar o consumo de combustível, mas sim para auxiliar o Motor de Combustão Interna – MCI, para fornecer um aceitável nível de desempenho. De fato, no início, a engenharia do MCI foi menos avançada que a engenharia do motor elétrico. Para (JANISSE; ENGELMAN, 2011). Na data de 1900 o professor Ferdinand Porsche revelou seu Lohner Porsche, um veículo elétrico que possuía os Motores Eletricos - MEs nos cubos das rodas dianteiras. Logo depois, o carro apresentava os MEs em todas as rodas e também freio nas 4 rodas, este foi primeiro veículo no mundo a ter este sistema. Um dos destaques de seus primeiros anos como projetista automotivo foi o Lohner – Porsche Semper Vivus que entrou para a história como sendo o primeiro veículo híbrido funcional feito a 114 anos atrás. Os primeiros veículos híbridos foram construídos para auxiliar os fracos MCI, ou para melhorar a gama de veículos elétricos. Eles fizeram uso das tecnologias elétricas básicas que estavam então disponíveis. Apesar da grande criatividade que presidiu na sua concepção, após a primeira guerra mundial os MCI melhoraram muito, e então os primeiros veículos híbridos já não podiam mais competir com estes motores. Os MCI receber a menor mês melhorias em termos de densidade de potência, os motores se tornaram menores e mais eficientes, e não havia mais a necessidade de ajudá-los com os motores elétricos. O custo adicional de ter um motor elétrico e os riscos associados com as baterias ácidas foram fatores-chave no desaparecimento de veículos híbridos do mercado após a primeira guerra mundial. O maior problema que esses primeiros projetos tiveram que lidar foi a dificuldade de controlar o ME. A eletrônica de potência não se tornou disponível até meados dos anos 1960 e no início os motores elétricos eram controlados por interruptores mecânicos e resistores. Eles tinham um raio de ação limitado que era incompatível com uma operação eficiente. De acordo com o autor (EHSANI et al., 2005). As crises de petróleo foi um agravamento total na datas de 1973 e em 1977, e juntos as crescentes preocupações ambientais nenhum VHE chegou ao mercado. O foco dos pesquisadores foi atraído pelos Veículos Elétricos - VEs, dos quais muitos protótipos foram construídos na década de 1980. A falta de interesse nos . Veículo Elétrico Híbrido - VHEs, durante este período pode ser atribuída à falta de eletrônica de potência, de modernos motores elétricos e tecnologias de baterias. A década de 1980 testemunhou uma redução no tamanho dos veículos convencionais movidos a MCI, a introdução de conversores catalíticos, e a generalização da injeção de combustível.

2.2 Funcionamento do Veículo Elétrico: Diagrama de Blocos

Segundo (BARRETO (1986), um veículo elétrico Corrente Contínua da bateria e Corrente Alterada no motor CC/CA , apresenta o seguinte diagrama de blocos, mostrado de modo simplificado e com algumas modificações na figura 1:

Figura 1 Diagrama de blocos de um veículo elétrico

Fonte: ( BARRETO, 1986)

A seta dupla entre o banco de baterias e o inversor, entre este e o motor trifásico e entre o motor trifásico e as rodas indica que o fluxo de energia ocorre nos dois sentidos, ou seja, o banco de baterias de tração provê energia para a movimentação do veículo e, quando em frenagem, recupera parte da energia cinética do veículo sob a forma de energia eletroquímica, no banco de baterias de tração. Esta é a principal modificação no diagrama proposto por Barreto (1986). Ainda sobre o diagrama de Barreto (1986), pode-se extrapolar adicionando-se as interfaces presentes nos veículos, como o carregamento do banco de baterias de tração e da bateria de serviço (de 12V), encarregada de armazenar e fornece energia para o sistema elétrico convencional do veículo, o qual é composto pelas cargas dos sistemas de iluminação, ventilação, arrefecimento, áudio e alarme, dentre outros.

2.3 Veículos híbridos elétricos

Os principais veículos convencionais com MCI tem um desempenho muito grande com uma longa operação onde se utiliza muitas vantagens de uma alta densidade energética de combustíveis que e derivado do petróleo. Para (EHSANI et al.,2005), esses veículos elétricos se

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movem por bar bateria por outro lado possuem algumas vantagens sobre os veículos convencionais com MCI, tais como elevada eficiência energética e zero de poluição ambiental. Apesar disso, quanto ao desempenho, especialmente na faixa de operação por carga das baterias, é muito menos competitivo que os veículos com MCI, devido ao índice de energia das baterias ser menor que o índice de energia da gasolina. O VHE é um veículo no qual pelo menos uma das fontes de energia ou um dos conversores pode fornecer energia elétrica (HUSAIN,2005). Visando então unir as vantagens dos dois sistemas de propulsão criou-se os VHE, que utilizam duas fontes de energia – um fonte de energia primária (combustível) e uma fonte de energia secundária (eletricidade) – que vão alimentar os dois sistemas de propulsão. 

3. COMPONENTES E SISTEMAS ELETRICOS / ELETROCINCOS

As características dos motores elétricos tem servido muito bem as aplicações automotivas. Eles desenvolvem o toque máximo desde o início em baixas velocidades, provendo bom desempenho principalmente nas situações de saída dos veículos. O torque se mantem constante por uma grande faixa de velocidade, a partir da qual o torque começa a diminuir proporcionalmente com o aumento da mesma.

Figura 2 curva torque x rotação

Fonte : ( HUSAIN.2005)

Esses motores funcionam basicamente criando um campo magnético girante que induz o rotor a seguir em fluxo. Existem motores assíncronos, que são aqueles em que o rotor operam em regime em uma frequência de rotor inferior à do estator e os motores síncronos, que são aqueles em que o rotor tem a mesma frequência de rotação do campo do estator, resultando em uma alta eficiência. Já os motores síncronos mais complexos e mais caros, o que como consequência acabam sendo poucos utilizados na indústria. Os tipos mais conhecidos são os de ima permanente (fácil e barata produção que podem ser produzidos utilizando moldes para injeção, ideal para produção em massa, e de baixo consumo de energia por não efetivamente

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gerar o campo magnético). Estator bombinado e de relutância variável (arquitetura simples e barata com desempenho para atender as necessidades dos veículos elétricos e híbridos, mantendo um torque constante de saída). Outro problema nas aplicações automotivas e com a relação à temperatura. Motores elétricos de ima permanente costumam perder suas características em torno dos 150oC. No entanto, com o avanço da tecnologia já e possível encontrar motores que suportam cerca de 200oC sem perder suas características.

3.2 Controlador do Motor Elétrico

Conforme (BOTTURA; BARRETO, 1989) A principal função de um conversor são as

potencias elétricas de um certo valor de tensão, corrente ou frequência para um diferente

valor de tensão, corrente ou frequência. Os exemplos típicos de circuitos eletrônicos de

potência elétrica tipicamente utilizados nos VHE são: os recordadores (CC-CC), os inversores

(CC-CA), os retificadores (CA-CC) e os ciclo conversores (CA-CA).

Os projetos elétricos são projetos de comutação, projeto do circuito controlador,

dispositivo de seleção de comutação, otimização da conversão de frequência e o cálculo de

perdas;

Projeto magnético: inclui o projeto de indutores, capacitores, e outros componentes

magnéticos necessários para a filtragem, comutação e unidades de acionamento;

3,2 Cronologia das Baterias

Ainda segundo (BUCHMANN, 2001), o italiano Alessandro Volta, baseado nos

experimentos de outro italiano, Luigi Galvani, iniciou uma série de experimentos relativos ao

armazenamento de energia, usando zinco, chumbo, estanho ou ferro como placas positivas, e

cobre, prata, ouro ou grafite como placas negativas. No ano de 1800, ele descobriu que um

fluxo contínuo de elétrons era produzido quando eram utilizados certos fluidos como

condutores para promover a reação química entre as placas de metal (ou grafite). Esta

descoberta permitiu a invenção da primeira “pilha” da história. Esta primeira pilha, também

conhecida como “Pilha de Volta,” devido ao empilhamento das várias células para se aumentar

a tensão, foi apresentada à real sociedade de Londres no mesmo ano. Até então, os primeiros

experimentos produziam apenas faíscas de curta duração, a partir da descoberta de Volta, a

energia elétrica era disponível de uma maneira contínua jamais vista.

Em 1859, o físico francês Gastón Platé inventou a primeira bateria recarregável, a

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qual era baseada no princípio de chumbo e ácido, sistema utilizado até os dias de hoje. Desde

a invenção de Platé as baterias (ou pilhas) se dividem em dois tipos: as primárias, que não

podem ser recarregadas e as secundárias, que podem, dentro de certo limite de ciclos e

segundo condições limites de temperatura e tensão, serem recarregadas.

Em 1932, Schlecht e Ackermann inventaram a placa de polo sinterizada, que

aumentou significativamente a durabilidade e a corrente de descarga das baterias de chumbo

ácido.

Na década de 60, foram desenvolvidas pela empresa Union Carbide as pilhas

alcalinas.

Em 1990, teve início a comercialização da bateria de Níquel-Metal Hidreto (NiMH);

em 1992, comercializada a bateria alcalina recarregável e, finalmente, em 1999, a

comercialização da bateria de Lítio-Íon Polímero.

3.1 TIPOS DE BATERIAS

Atualmente as baterias de chumbo – ácido, metal hidreto (NiMH), lítio-íons e supero

ferro (super. –iron) tem sido utilizados nos veículos elétricos e híbridos. As baterias de LitioIon

são atualmente as mais utilizadas para armazenamento de energia nos veículos elétricos e é a

área onde estão sendo realizadas os maiores investimentos pelas fabrica para a sua produção.

Em contra partida muitas pesquisas ainda continuam sendo realizadas em busca de novas

tecnologias.

Baterias de Eletrólito Retido

O outro tipo de classificação complementar ao citado no item anterior é o de eletrólito

retido em que, mesmo líquido, o eletrólito fica retido em um tecido ou em um gel.

As baterias de níquel-hidreto metálico, conhecidas pela sigla NiMH e as baterias de lítio-

íon e lítio-polímero, conhecidas pelas siglas Li-íon e Li-P, respectivamente, também são

exemplos de baterias de eletrólito retido, ou seja, não possuem o eletrólito líquido inundando

as placas, de forma a possibilitar seu uso em qualquer posição.

Bateria de Chumbo-Ácido

Segundo (HUSAIM, 2003), a bateria de chumbo ácido, inventada pelo francês Gastón

Planté, em 1859, além de possuir tecnologia mais madura, pois é produzida desde a segunda

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metade do século XIX, é também a mais produzida do mundo, totalizando mais de 100 milhões

de baterias fabricadas anualmente.

Ainda segundo (Husain, 2003), podem-se listar as vantagens que garantem a longa

existência da bateria de chumbo-ácido:

•Custo relativamente baixo;

• Facilidade de obtenção de matérias primas (chumbo, enxofre);

• Facilidade de fabricação e

•Características eletroquímicas favoráveis ao armazenamento de energia.

Bateria Chumbo-Ácido Tradicional

É basicamente a mesma bateria de chumbo-ácido inventada por Planté e vem sendo

utilizada sem grandes modificações desde fins do século XIX. Consiste de uma caixa

impermeável, onde são armazenadas as placas de chumbo e o eletrólito de ácido sulfúrico.

Também é conhecida como bateria SLI (do inglês: Starter, Lightning and Ignition ou Partida,

Iluminação e Ignição – tradução nossa).

Bateria VRLA

A bateria Acido e chumbo regulado por valvula - VRLA, cujo significado vem do inglês:

Valve-Regulated Lead-Acid, é basicamente a bateria chumbo-ácido SLI, também com o

eletrólito inundando as placas, porém com caixa hermética e regulada por uma válvula de

segurança, que não permite, no uso normal, a evaporação da porção aquosa do eletrólito, que

implicaria a necessidade de se completar seu nível com água destilada. Atualmente, a maioria

das baterias de automóvel em produção, as chamadas baterias sem manutenção.

Bateria AGM

No grupo das baterias VRLA, pode-se citar ainda o grupo das baterias sistema

absolvição por fibra de vidro - AGM (do inglês: Adsorbed Glass Mat), cujo eletrólito, ainda que

líquido, está retido por uma manta de fibra de vidro, não permitindo a inundação das placas.

Neste tipo de bateria, o eletrólito continua entre as placas, que podem ser planas como na

bateria SLI ou enroladas em espiral.

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Bateria de Gel

Alternativamente à bateria SLI, tem-se a bateria de gel, que se assemelha em muito à

bateria AGM, diferindo apenas pela substituição da manta de fibra de vidro absorvente por

uma substância gelificante à base de sílica, a fim de melhorar o desempenho do eletrólito. Nas

baterias de gel normalmente se utilizam separadores de cálcio, ao invés de antimônio, entre

as placas de chumbo. Devido a esta característica, as baterias de gel vêm sendo comumente

chamadas de baterias de chumbo-cálcio.

Bateria de Níquel-Cádmio (NiCd)

A partir dos anos 1990, com o aumento da necessidade de portabilidade, aliada ao

crescente aumento de consumo dos aparelhos eletrônicos, começou a surgir a necessidade de

se ter baterias secundárias de capacidades de acumulação de energia cada vez maiores.

Segundo (Buchmann, 2001), o primeiro tipo de bateria com estas características foi a

bateria alcalina secundária, sendo rapidamente suplantada pela bateria de níquel-cádmio

(NiCd). A bateria de níquel-cádmio, ainda que utilizada por mais de uma década, já nasceu com

um problema latente: o impacto no meio ambiente, quando de seu descarte inadequado,

devido à ação cumulativa do cádmio no organismo humano. O cádmio da bateria descartada

inadequadamente pode contaminar os lençóis freáticos, vindo a se depositar no organismo

humano, caso o homem beba da água contaminada ou consuma animais que também a

consumiram.

Bateria de Níquel-Metal-Hidreto

A alternativa subseqüente à bateria de níquel-cádmio foi a bateria de níquelmetal

hidreto (NiMH). Esta bateria apresenta maiores valores de capacidade de armazenamento de

energia que a de níquel-cádmio, além de não apresentar o problema do efeito memória,

quando carregada de maneira correta utilizando-se de carregadores específicos, nem mesmo

os inconvenientes de toxicidade do cádmio.

Baterias de Zinco-Ar

As baterias secundárias de zinco-ar têm um eletrodo positivo gasoso de oxigênio e um

eletrodo de sacrifício de zinco metálico. A bateria de zinco, na prática, possui a recarga

somente pela via mecânica, ou seja, pela troca do eletrodo sacrificado (oxidado) e seus

resíduos por um eletrodo novo. O eletrodo sacrificado e os resíduos gerados, em sua maioria

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o eletrólito de hidróxido de potássio, são facilmente reciclados. De certa forma, pode-se dizer

que a bateria de zinco-ar é uma célula de combustível onde este é o zinco metálico.

Baterias de Lítio

Segundo Buchmann. (2001), as baterias de lítio são atualmente as mais promissoras

para aplicação portátil. Possuem alta capacidade de armazenamento de energia, baixa

toxicidade e não apresentam efeito memória. Trabalham a temperaturas não muito diferentes

da temperatura ambiente e podem ser carregadas em pouco tempo. Segundo Husain, o lítio é

o metal com maior potencial de redução (3,045V) e a menor massa atômica (6,94), sendo que

sua pesquisa como eletrodo para baterias começou no início dos anos 70, mas a natureza

reativa do lítio associada à umidade restringiu o seu uso com eletrólitos convencionais.

Entretanto, foi descoberto pela universidade de Oxford, no final da década de 70, que o lítio

poderia ser intercalado ou absorvido pelo retículo cristalino de cobalto ou níquel, formando o

LiCoO2 ou LiNiO2.

4. DINÂMICA DO VEÍCULO ELÉTRICO

Por mais de um século, a dinâmica veicular vem sendo estudada baseandose,

principalmente, no modelo de automóvel equipado com motor de combustão interna (ou

ICEVs, do inglês Intern. Combustion Engine Vehicles). O veículo elétrico geralmente atinge

velocidades inferiores e como tem menor energia armazenada nas baterias em relação àquela

armazenada nos tanques de combustível dos veículos à combustão, têm que aproveitar de

maneira bem mais eficiente esta energia para se atingir níveis satisfatórios de autonomia. Esta

análise de dinâmica servirá para se identificar a contribuição de cada uma das forças resistivas

no consumo do veículo elétrico.

4.1 Motores à Combustão Interna

Os primeiros automóveis movidos a motor de combustão interna (MCI) surgiram no

final do século XIX e se tornaram comuns nas paisagens no início do século XX, devido à

produção seriada em massa. O MCI converte a energia química, presente no combustível

(gasolina, etanol, gás natural, diesel etc.), em energia mecânica, que é utilizada para acionar

as rodas do veículo. Segundo Oliveira (2005), o MCI pode operar em diversas condições.

Porém, existe um ponto ótimo de operação em que o MCI apresenta a maior eficiência e emite

menos gases poluentes.

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O MCI apresenta como característica de funcionamento, intrínseca ao seu ciclo

termodinâmico, um limite inferior de velocidade angular (ou rotação) que o impede de

funcionar abaixo deste limite (sempre um pouco abaixo da rotação de marcha-lenta

especificada pelo manual do veículo). Essa limitação faz com que o motor consuma energia

para manter o limite mínimo de rotação de funcionamento mesmo quando não é solicitada

uma demanda de energia para a movimentação do veículo como, por exemplo, quando o

veículo encontra-se parado por ocasião de um semáforo fechado. Algumas soluções como

sistemas de desligamento do MCI nestas condições já estão em produção na Europa,

principalmente para motores pequenos, de até quatro cilindros. Estes sistemas são conhecidos

como micro híbridos ou stop&start. Para motores maiores, de seis e oito cilindros, já existem

sistemas que desligam automaticamente alguns dos cilindros nas condições acima

mencionadas, dentre outras.

4.2 Motores Elétricos

Nos motores elétricos - (ME), o limite mínimo de rotação de funcionamento não existe,

pois, dependendo de seu tipo de construção, são capazes de fornecer torque mesmo à rotação

nula. Esta condição pode eliminar a necessidade da transmissão de múltiplas velocidades ou

reduzi-la a um número menor de velocidades em comparação com uma transmissão para MCI.

Caso seja eliminada a transmissão de múltiplas velocidades, pode-se também eliminar o

acoplamento entre o motor e transmissão, que permite a seleção das múltiplas velocidades -

embreagem.

Devido a esta e outras características do motor elétrico, segundo Barreto (1983), os EV

apresentam como vantagens principais:

Maior eficiência energética que um veículo convencional: em função da maior

eficiência de transformação da energia elétrica, armazenada nas baterias sob a forma de

energia química, em energia mecânica, em comparação com o MCI. Neste, a energia química

armazenada no combustível, deve passar por um processo termodinâmico para prover energia

mecânica às rodas. Além disso, os EV só consomem energia quando em movimento, já que

não ME a energia é transformada de maneira mais adequada à característica de

funcionamento urbano do automóvel, sem a limitação de rotação mínima de funcionamento

presente no MCI.

Não emitem poluentes: As transformações de energia no EV não emitem subprodutos

como nos MCI. Esta vantagem se presta principalmente aos grandes centros urbanos, onde

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mesmo os veículos com MCI pouco poluentes e/ou aqueles movidos a combustíveis com

geração de carbono neutra como, por exemplo, o etanol de cana de açúcar, gera poluentes

gasosos nocivos próximos à população. Deve-se salientar que a bateria do VE deve ser

corretamente reciclada ao término da sua vida útil, a fim de se evitar a poluição por descarte

inadequado.

Autonomia reduzida e alto tempo de recarga: Como a energia específica, em Wh/kg,

de uma bateria moderna é da ordem de 60 vezes inferior à da gasolina, para se atingir uma

autonomia comparável ao automóvel tradicional, a massa das baterias torna-se inviável

tecnicamente, além de seu elevado custo de produção.

Esta é a principal razão pela qual o foco dos veículos elétricos sejam os centros urbanos, sendo

que para percursos extra urbanos torna-se necessário algum tipo de hibridização da propulsão

elétrica com algum combustível, tendo-se em vista atingir autonomias mais elevadas.

4.3 Desempenho de um Veículo Elétrico]

Segundo (MATOS, 2006), o desempenho de um automóvel pode ser medido levando-

se em conta os seguintes parâmetros:

• Velocidade máxima – é a velocidade máxima que o veículo é capaz de atingir em

determinadas condições (estrada plana ao nível do mar, entre outras) e está relacionada à

potência máxima desenvolvida pelo motor e à resistência aerodinâmica apresentada pelo

veículo;

Retomadas de velocidade – medida pelo tempo gasto para se atingir uma determinada

velocidade partindo-se de uma velocidade inferior e sem a utilização de troca de marchas

(p.ex.: retomada de 40km/h a 100km/h em quarta marcha). É uma medida que está

relacionada à capacidade de um veículo em realizar ultrapassagens e depende da relação de

câmbio utilizada e do andamento da curva de torque do motor;

Capacidade de arrancada em rampa – é a capacidade que o veículo possui de arrancar

(partir do repouso) em um aclive com a utilização da embreagem. Está relacionada ao torque

máximo fornecido pelo motor e à capacidade de transmissão de torque pela embreagem.

Depende, ainda, da inércia de translação do veículo e das inércias dos elementos que giram,

tais como: transmissão, pneus e rodas.

As velocidades máximas permitidas nos grandes centros brasileiros oscilam de 60 a

90km/h, com raras exceções. Um veículo elétrico voltado para uso urbano, com velocidade

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máxima superior à recomendada por lei, pode contribuir para a redução de sua autonomia de

maneira sensível. Quanto à aceleração, que nos veículos com motor à combustão é

normalmente medida em segundos (tempo que o veículo necessita para sair da imobilidade e

atingir os cem quilômetros por hora), no caso dos veículos elétricos é geralmente adotada a

aceleração de zero a sessenta quilômetros por hora. Para acompanhar o trânsito urbano das

grandes cidades brasileiras, uma aceleração de 0-60km/h entre 12 a 15 segundos é adequada.

Outro fator importante de desempenho para um veículo elétrico é sua capacidade de superar

rampas a partir da imobilidade e também em movimento. O veículo pode ser projetado para

superar, a partir da imobilidade, rampas de até 13 graus de inclinação (em torno de 23% de

inclinação).

4.4 Dinâmica do Movimento do Veículo Elétrico

Ainda segundo (MATOS, 2006), o movimento de um automóvel é regido por uma série

de forças que governam a forma como ele se desloca. Para o estudo proposto são

consideradas as forças atuantes que, dentro do que pode ser chamado de dinâmica

longitudinal, regem o seu movimento em linha reta.

Segundo (NICOLAZZI, 2004), para o correto entendimento dos mecanismos envolvidos

no estudo da dinâmica longitudinal, devem-se considerar os seguintes elementos:

Forças atuantes – podem ser divididas entre forças motrizes (motor e peso, no caso de

um declive) e forças de resistência ao movimento (resistência aerodinâmica, resistência ao

rolamento e peso em caso de aclive). Neste estudo, estas forças serão representadas por

momentos gerados no eixo da embreagem;

Perdas – são consideradas as perdas por atrito no sistema de transmissão, resultantes

do movimento das engrenagens da caixa de câmbio.

4.5 Resistência Mecânica

Como citado por (NICOLAZZI, 2004), a potência líquida gerada pelo motor, o que se

pode chamar de cadeia cinemática, até as rodas, como a mostrada na figura 43, sofre algumas

perdas devido ao atrito mecânico dos mecanismos de transmissão. Dentre estas perdas

podem-se citar aquelas que ocorrem na caixa de câmbio, nas juntas de transmissão (homo

cinética e tripoide) e no conjunto de diferencial.

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O rendimento mecânico da transmissão está associado às perdas devido à

movimentação do óleo lubrificante dentro da caixa de transmissão e ao atrito entre as partes

em contato.

Num balanço de momentos, podem-se representar estas perdas como um coeficiente

multiplicativo das forças de resistência que ocorrem depois da transmissão. Como resultado,

as forças de resistência ao avanço do veículo devem ser multiplicadas por um coeficiente para

se obter o valor correspondente no eixo da embreagem, o qual é dado pelo inverso do valor

do rendimento (1/ η m).

5. METODOLOGIA

O trabalho será dividido em duas grandes partes, a saber, uma dedicada à revisão

bibliográfica sobre o impacto dos veículos elétricos no Brasil e as propostas para o aumento

de autonomia.

Na revisão bibliográfica serão pesquisadas a situação atual da poluição nos grandes

centros e o veículo elétrico, com um breve histórico deste tipo de veículo; as tecnologias de

armazenamento de energia elétrica disponíveis e uma comparação com combustíveis e como

se calcula a energia necessária para se movimentar um veículo, visando analisar as diversas

forças resistivas que se opõem a esta movimentação.

Serão estudados com base na revisão bibliográfica, o impacto dos veículos elétricos por

uma hipótese de crescimento da frota segundo uma estimativa mundial e em função da matriz

elétrica brasileira, os custos de operação deste veículo em comparação com os veículos

tradicionais à combustão, a disponibilidade de matérias primas para a fabricação de baterias

e os custos previstos para estas baterias e a apresentação de propostas e de cálculos para a

melhoria do aumento de eficiência energética e autonomia de um veículo elétrico atual.

6. DISCURSÃO

Embora os veículos elétricos e à combustão interna coexistissem no início do século XX

juntamente com os veículos a vapor ou à combustão externa, segundo (HUSAIM, 2003) na

década de 1920, os veículos elétricos praticamente desapareceram em detrimento dos

veículos equipados com motor de combustão interna, os quais se tornaram predominantes

(tradução nossa) 1 até os dias de hoje. Tal predominância somada ao aumento da

concentração de veículos nos grandes centros urbanos, dentre outros efeitos, resultou e ainda

vem resultando em um crescente acréscimo dos níveis de poluição. Este aumento nos níveis

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de poluição dos grandes centros urbanos favorece o estudo de soluções tidas como “mais

limpas” de propulsão, como a instalação de sistemas antipoluição nos veículos com motor à

combustão interna e o desenvolvimento veículos elétricos e híbridos (associação de motor à

combustão e motor elétrico)

Observa-se que, ultimamente, vem se destacando no mercado, tanto nacional como

internacional, o interesse pelo aprimoramento e comercialização de veículos elétricos. Os

vários anos de intenso desenvolvimento dos veículos a motor de combustão interna contra o

quase nulo desenvolvimento dos veículos elétricos entre as décadas de 1920 e 1980 tornamse

grandes oportunidades para que sejam criadas e aprimoradas soluções que objetivem o

aumento da autonomia e da eficiência energética dos veículos elétricos.

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7. CONCLUSÃO

O consumo de etanol e gasolina, utilizados principalmente nos veículos de passageiros,

tende a aumentar em até 20% até 2016, podendo agravar ainda mais a poluição nos grandes

centros urbanos. Os veículos elétricos são uma alternativa viável para auxiliar a diminuir estes

níveis, pela ausência de emissão gasosa durante o seu funcionamento.

Os veículos elétricos podem, ainda, auxiliar na redução da potência despachada no

período de ponta, pois a energia armazenada nas baterias pode, quando o veículo estiver

conectado à rede elétrica, ser utilizada pela concessionária de energia local, através da

utilização de carregadores inteligentes.

O custo de fabricação de um veículo elétrico é, atualmente, muito mais elevado do que

um veículo à combustão. Esta diferença é devida, principalmente, ao custo da bateria, que é

de fabricação sob forma de protótipo. Estudos demonstram que se as baterias destinadas ao

uso em veículos elétricos fossem fabricadas em série, poderiam alcançar um custo mínimo de

até R$ 7,7 mil por veículo. A matéria prima para a bateria de tecnologia de maior energia

específica, o lítio, é presente no Brasil e o país possui uma reserva interna capaz de ser utilizada

para fabricar baterias para até 10 milhões de veículos.

Portanto, a partir dos estudos e pesquisas realizados para a elaboração do presente

trabalho, o Brasil está apto a desenvolver, produzir e comercializar veículos elétricos

destinados à utilização em centros urbanos, para se diminuir a poluição nestes locais e

aproveitar em parte o potencial de energia elétrica vertida indicar um rumo para novas

pesquisas com base na pesquisa atual, pelas usinas hidrelétricas.

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8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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projeto. 1986. 360f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Campinas.

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v. 4, n. 1, p. 106-113, 2018.

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A frota de veículos elétricos prevista caso o Brasil siga a tendência mundial de 0,5% da

produção até 2015 está em torno de 110 mil veículos. Esta frota de veículos elétricos vai

consumir em torno de 352 GWh/ano ou 29,3GWh/mês, devendo ser recarregada

prioritariamente no horário de carga leve do sistema elétrico nacional, cuja geração é,

principalmente, de origem hidrelétrica.