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Universidade Federal de Ouro Preto - UFOP Escola de Minas Departamento de Engenharia de Controle e Automação Marcelo Henrique de Azevedo Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de inserção competitiva no mercado brasileiro Monografia de Graduação em Engenharia de Controle e Automação Ouro Preto, 2018

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Universidade Federal de Ouro Preto - UFOPEscola de Minas

Departamento de Engenharia de Controle e Automaccedilatildeo

Marcelo Henrique de Azevedo

Carros eleacutetricos viabilidade econocircmica e ambiental de inserccedilatildeocompetitiva no mercado brasileiro

Monografia de Graduaccedilatildeo em Engenharia de Controle e Automaccedilatildeo

Ouro Preto 2018

Marcelo Henrique de Azevedo

Carros eleacutetricos viabilidade econocircmica e ambiental de inserccedilatildeocompetitiva no mercado brasileiro

Monografia apresentada ao Curso de Enge-nharia de Controle e Automaccedilatildeo da Universi-dade Federal de Ouro Preto como parte dosrequisitos para a obtenccedilatildeo do Grau de Enge-nheiro de Controle e Automaccedilatildeo

Orientador prof Dr Agnaldo Joseacute da Rocha Reis

Ouro Preto 2018

Catalogaccedilatildeo fichasisbinufopedubr

A994c Azevedo Marcelo Henrique Carros eleacutetricos viabilidade econocircmica e ambiental de inserccedilatildeo competitivano mercado brasileiro [manuscrito] Marcelo Henrique Azevedo - 2018

51f il color grafs tabs mapas

Orientador Prof Dr Agnaldo Joseacute Reis

Monografia (Graduaccedilatildeo) Universidade Federal de Ouro Preto Escola deMinas Departamento de Engenharia de Controle e Automaccedilatildeo e TeacutecnicasFundamentais

1 Carro eleacutetrico 2 Motor eleacutetrico 3 Petroacuteleo 4 Eletricidade I ReisAgnaldo Joseacute II Universidade Federal de Ouro Preto III Titulo

CDU 6815

Resumo

Apresenta-se neste trabalho um estudo bibliograacutefico com o objetivo de identificar aspossiacuteveis causas e dificuldades de inserccedilatildeo competitiva do carro eleacutetrico no mercadobrasileiro Inicialmente satildeo mostrados alguns conceitos para nos contextualizare familiarizarmos com o objeto de estudo o carro eleacutetrico Posteriormente satildeoabordadas questotildees energeacuteticas ambientais e econocircmicas bem como o progressosustentaacutevel e suas perspectivas Por fim houve uma discussatildeo sobre os aspectospoliacuteticos e filantroacutepicos relevantes sobre o assunto afim de comparar e reconhecer aspossiacuteveis barreiras que impedem o estiacutemulo desse tipo de tecnologia e o progressonesse ramo tecnoloacutegico

Palavras-chaves carro eleacutetrico motor eleacutetrico petroacuteleo eletricidade

Abstract

This paper presents a bibliographic study with the objective of identifying thepossible causes and difficulties of competitive insertion of the electric car in theBrazilian market Initially some concepts are shown to contextualize and familiarizeus with the object of study the electric car Subsequently energy environmentaland economic issues are addressed as well as sustainable progress and perspectivesFinally there was a discussion on the relevant political and philanthropic aspects ofthe subject in order to compare and recognize the possible barriers that impede thestimulation of this type of technology and the progress in this technological branch

Key-words electric car electric motor petroleum electricity

Lista de ilustraccedilotildees

Figura 1 Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6] 15Figura 2 Gurgel Itaipu E-400 [9] 17Figura 3 Toyota Prius [10] 17Figura 4 Motor CC em corte [13] 18Figura 5 Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15] 19Figura 6 Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15] 22

Figura 7 Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21] 29Figura 8 Bloco do motor [21] 29Figura 9 Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21] 30Figura 10 Motor quatro tempos [23] 33Figura 11 Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24] 34Figura 12 Diagrama Ciclo Otto [25] 34Figura 13 Diagrama Ciclo Diesel [25] 35

Figura 14 Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29] 39Figura 15 Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 16 Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 17 Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31] 42Figura 18 Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33] 43

Sumaacuterio

1 INTRODUCcedilAtildeO 1311 Objetivo Geral 1412 Objetivos Especiacuteficos 1413 Justificativa 1414 Metodologia 14

2 CARROS ELEacuteTRICOS 1521 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 1522 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 18

221 Motor de corrente contiacutenua 18222 Motor de induccedilatildeo 19223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente 19224 Motor de relutacircncia comutada 20225 Motor ideal para carros eleacutetricos 20

23 Fontes E Armazenamento De Energia 20231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel 20232 Bateria de chumbo-aacutecido 21233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra 21234 Bateria de iacuteon-liacutetio 21

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21241 Comparaccedilatildeo de motores 22242 Baterias e suas especificaccedilotildees 22

3 CARROS A COMBUSTAtildeO 2531 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 2532 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 2833 Fontes De Energia 35

331 Petroacuteleo e subprodutos 353311 Gasolina 363312 Gaacutes natural 363313 Diesel 36

332 Biocombustiacuteveis 363321 Etanol 363322 Biodiesel 36

34 Eficiecircncia Energeacutetica 36

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

13

1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

49

Referecircncias

1 HoslashYER K G The history of alternative fuels in transportation The case of electricand hybrid cars Utilities Policy v 16 n 2 p 63ndash71 June 2008 Disponiacutevel emlthttpsideasrepecorgaeeejuipolv16y2008i2p63-71htmlgt Citado na paacutegina 13

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10 VEIacuteCULOS Toyota 2018 Disponiacutevel em lthttpswwwtoyotacombrgt Citado 2vezes nas paacuteginas 9 e 17

11 HASHEMNIA N ASAEI B Comparative study of using different electric motors inthe electric vehicles In IEEE Electrical Machines 2008 ICEM 2008 18th InternationalConference on [Sl] 2008 p 1ndash5 Citado na paacutegina 18

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13 MOTORES eleacutetricos Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 18

50 Referecircncias

14 CAMARGO R PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM ENGENHARIAELEacuteTRICA Tese (Doutorado) mdash UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBAacute 2010Citado na paacutegina 19

15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

18 AMBROSIO R C TICIANELLI E A Baterias de niacutequel-hidreto metaacutelico umaalternativa para as baterias de niacutequel-caacutedmio Quim Nova SciELO Brasil v 24 n 2 p243ndash246 2001 Citado na paacutegina 20

19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

22 VARELLA C A A Histoacuterico e desenvolvimento dos motores de combustatildeo internaApostila didaacutetica da disciplina IT v 154 2006 Citado 2 vezes nas paacuteginas 25 e 28

23 COMBUSTAtildeO poluiccedilatildeo e automoacuteveis 2018 Disponiacutevel em lthttpparquedaciencia-blogspotcom201308combustao-poluicao-e-automoveishtmlgt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 33

24 AUTOMOacuteVEL C de Formaccedilatildeo Profissional de Reparaccedilatildeo Formaccedilatildeo ModularAutomoacutevel Caracteriacutesticas e Funcionamento dos Motores 2018 Disponiacutevel emlthttpswwwcepraptportalgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 34

25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

26 CARVALHO M A S d Avaliaccedilatildeo de um motor de combustatildeo interna ciclo ottoutilizando diferentes tipos de combustiacuteveis Dissertaccedilatildeo (Mestrado) 2016 Citado 3 vezesnas paacuteginas 36 37 e 38

27 CcedilENGEL Y A BOLES M A BUESA I A termodinacircmica [Sl] McGraw-HillSatildeo Paulo 2006 v 10 Citado na paacutegina 37

28 MARTINS J Motores de combustatildeo interna [Sl] Publinduacutestria 2006 Citado napaacutegina 37

29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

Referecircncias 51

30 MELO E Fonte eoacutelica de energia aspectos de inserccedilatildeo tecnologia e competitividadeestudos avanccedilados SciELO Brasil v 27 n 77 p 125ndash142 2013 Citado na paacutegina 42

31 TURBINA Eoacutelica IN-VENTO Agriacutecola 2018 Disponiacutevel em lthttpszminvento-wordpresscom20140613turbina-eolica-in-vento-agricolagt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 42

32 NASCIMENTO C A do Princiacutepio de funcionamento da ceacutelula fotovoltaica DissUniversidade Federal de Lavras 2004 Citado na paacutegina 42

33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 2: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

Marcelo Henrique de Azevedo

Carros eleacutetricos viabilidade econocircmica e ambiental de inserccedilatildeocompetitiva no mercado brasileiro

Monografia apresentada ao Curso de Enge-nharia de Controle e Automaccedilatildeo da Universi-dade Federal de Ouro Preto como parte dosrequisitos para a obtenccedilatildeo do Grau de Enge-nheiro de Controle e Automaccedilatildeo

Orientador prof Dr Agnaldo Joseacute da Rocha Reis

Ouro Preto 2018

Catalogaccedilatildeo fichasisbinufopedubr

A994c Azevedo Marcelo Henrique Carros eleacutetricos viabilidade econocircmica e ambiental de inserccedilatildeo competitivano mercado brasileiro [manuscrito] Marcelo Henrique Azevedo - 2018

51f il color grafs tabs mapas

Orientador Prof Dr Agnaldo Joseacute Reis

Monografia (Graduaccedilatildeo) Universidade Federal de Ouro Preto Escola deMinas Departamento de Engenharia de Controle e Automaccedilatildeo e TeacutecnicasFundamentais

1 Carro eleacutetrico 2 Motor eleacutetrico 3 Petroacuteleo 4 Eletricidade I ReisAgnaldo Joseacute II Universidade Federal de Ouro Preto III Titulo

CDU 6815

Resumo

Apresenta-se neste trabalho um estudo bibliograacutefico com o objetivo de identificar aspossiacuteveis causas e dificuldades de inserccedilatildeo competitiva do carro eleacutetrico no mercadobrasileiro Inicialmente satildeo mostrados alguns conceitos para nos contextualizare familiarizarmos com o objeto de estudo o carro eleacutetrico Posteriormente satildeoabordadas questotildees energeacuteticas ambientais e econocircmicas bem como o progressosustentaacutevel e suas perspectivas Por fim houve uma discussatildeo sobre os aspectospoliacuteticos e filantroacutepicos relevantes sobre o assunto afim de comparar e reconhecer aspossiacuteveis barreiras que impedem o estiacutemulo desse tipo de tecnologia e o progressonesse ramo tecnoloacutegico

Palavras-chaves carro eleacutetrico motor eleacutetrico petroacuteleo eletricidade

Abstract

This paper presents a bibliographic study with the objective of identifying thepossible causes and difficulties of competitive insertion of the electric car in theBrazilian market Initially some concepts are shown to contextualize and familiarizeus with the object of study the electric car Subsequently energy environmentaland economic issues are addressed as well as sustainable progress and perspectivesFinally there was a discussion on the relevant political and philanthropic aspects ofthe subject in order to compare and recognize the possible barriers that impede thestimulation of this type of technology and the progress in this technological branch

Key-words electric car electric motor petroleum electricity

Lista de ilustraccedilotildees

Figura 1 Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6] 15Figura 2 Gurgel Itaipu E-400 [9] 17Figura 3 Toyota Prius [10] 17Figura 4 Motor CC em corte [13] 18Figura 5 Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15] 19Figura 6 Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15] 22

Figura 7 Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21] 29Figura 8 Bloco do motor [21] 29Figura 9 Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21] 30Figura 10 Motor quatro tempos [23] 33Figura 11 Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24] 34Figura 12 Diagrama Ciclo Otto [25] 34Figura 13 Diagrama Ciclo Diesel [25] 35

Figura 14 Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29] 39Figura 15 Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 16 Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 17 Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31] 42Figura 18 Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33] 43

Sumaacuterio

1 INTRODUCcedilAtildeO 1311 Objetivo Geral 1412 Objetivos Especiacuteficos 1413 Justificativa 1414 Metodologia 14

2 CARROS ELEacuteTRICOS 1521 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 1522 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 18

221 Motor de corrente contiacutenua 18222 Motor de induccedilatildeo 19223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente 19224 Motor de relutacircncia comutada 20225 Motor ideal para carros eleacutetricos 20

23 Fontes E Armazenamento De Energia 20231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel 20232 Bateria de chumbo-aacutecido 21233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra 21234 Bateria de iacuteon-liacutetio 21

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21241 Comparaccedilatildeo de motores 22242 Baterias e suas especificaccedilotildees 22

3 CARROS A COMBUSTAtildeO 2531 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 2532 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 2833 Fontes De Energia 35

331 Petroacuteleo e subprodutos 353311 Gasolina 363312 Gaacutes natural 363313 Diesel 36

332 Biocombustiacuteveis 363321 Etanol 363322 Biodiesel 36

34 Eficiecircncia Energeacutetica 36

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

13

1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

49

Referecircncias

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17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

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19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

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29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

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33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 3: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

Catalogaccedilatildeo fichasisbinufopedubr

A994c Azevedo Marcelo Henrique Carros eleacutetricos viabilidade econocircmica e ambiental de inserccedilatildeo competitivano mercado brasileiro [manuscrito] Marcelo Henrique Azevedo - 2018

51f il color grafs tabs mapas

Orientador Prof Dr Agnaldo Joseacute Reis

Monografia (Graduaccedilatildeo) Universidade Federal de Ouro Preto Escola deMinas Departamento de Engenharia de Controle e Automaccedilatildeo e TeacutecnicasFundamentais

1 Carro eleacutetrico 2 Motor eleacutetrico 3 Petroacuteleo 4 Eletricidade I ReisAgnaldo Joseacute II Universidade Federal de Ouro Preto III Titulo

CDU 6815

Resumo

Apresenta-se neste trabalho um estudo bibliograacutefico com o objetivo de identificar aspossiacuteveis causas e dificuldades de inserccedilatildeo competitiva do carro eleacutetrico no mercadobrasileiro Inicialmente satildeo mostrados alguns conceitos para nos contextualizare familiarizarmos com o objeto de estudo o carro eleacutetrico Posteriormente satildeoabordadas questotildees energeacuteticas ambientais e econocircmicas bem como o progressosustentaacutevel e suas perspectivas Por fim houve uma discussatildeo sobre os aspectospoliacuteticos e filantroacutepicos relevantes sobre o assunto afim de comparar e reconhecer aspossiacuteveis barreiras que impedem o estiacutemulo desse tipo de tecnologia e o progressonesse ramo tecnoloacutegico

Palavras-chaves carro eleacutetrico motor eleacutetrico petroacuteleo eletricidade

Abstract

This paper presents a bibliographic study with the objective of identifying thepossible causes and difficulties of competitive insertion of the electric car in theBrazilian market Initially some concepts are shown to contextualize and familiarizeus with the object of study the electric car Subsequently energy environmentaland economic issues are addressed as well as sustainable progress and perspectivesFinally there was a discussion on the relevant political and philanthropic aspects ofthe subject in order to compare and recognize the possible barriers that impede thestimulation of this type of technology and the progress in this technological branch

Key-words electric car electric motor petroleum electricity

Lista de ilustraccedilotildees

Figura 1 Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6] 15Figura 2 Gurgel Itaipu E-400 [9] 17Figura 3 Toyota Prius [10] 17Figura 4 Motor CC em corte [13] 18Figura 5 Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15] 19Figura 6 Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15] 22

Figura 7 Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21] 29Figura 8 Bloco do motor [21] 29Figura 9 Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21] 30Figura 10 Motor quatro tempos [23] 33Figura 11 Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24] 34Figura 12 Diagrama Ciclo Otto [25] 34Figura 13 Diagrama Ciclo Diesel [25] 35

Figura 14 Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29] 39Figura 15 Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 16 Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 17 Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31] 42Figura 18 Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33] 43

Sumaacuterio

1 INTRODUCcedilAtildeO 1311 Objetivo Geral 1412 Objetivos Especiacuteficos 1413 Justificativa 1414 Metodologia 14

2 CARROS ELEacuteTRICOS 1521 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 1522 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 18

221 Motor de corrente contiacutenua 18222 Motor de induccedilatildeo 19223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente 19224 Motor de relutacircncia comutada 20225 Motor ideal para carros eleacutetricos 20

23 Fontes E Armazenamento De Energia 20231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel 20232 Bateria de chumbo-aacutecido 21233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra 21234 Bateria de iacuteon-liacutetio 21

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21241 Comparaccedilatildeo de motores 22242 Baterias e suas especificaccedilotildees 22

3 CARROS A COMBUSTAtildeO 2531 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 2532 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 2833 Fontes De Energia 35

331 Petroacuteleo e subprodutos 353311 Gasolina 363312 Gaacutes natural 363313 Diesel 36

332 Biocombustiacuteveis 363321 Etanol 363322 Biodiesel 36

34 Eficiecircncia Energeacutetica 36

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

13

1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

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Page 4: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

Resumo

Apresenta-se neste trabalho um estudo bibliograacutefico com o objetivo de identificar aspossiacuteveis causas e dificuldades de inserccedilatildeo competitiva do carro eleacutetrico no mercadobrasileiro Inicialmente satildeo mostrados alguns conceitos para nos contextualizare familiarizarmos com o objeto de estudo o carro eleacutetrico Posteriormente satildeoabordadas questotildees energeacuteticas ambientais e econocircmicas bem como o progressosustentaacutevel e suas perspectivas Por fim houve uma discussatildeo sobre os aspectospoliacuteticos e filantroacutepicos relevantes sobre o assunto afim de comparar e reconhecer aspossiacuteveis barreiras que impedem o estiacutemulo desse tipo de tecnologia e o progressonesse ramo tecnoloacutegico

Palavras-chaves carro eleacutetrico motor eleacutetrico petroacuteleo eletricidade

Abstract

This paper presents a bibliographic study with the objective of identifying thepossible causes and difficulties of competitive insertion of the electric car in theBrazilian market Initially some concepts are shown to contextualize and familiarizeus with the object of study the electric car Subsequently energy environmentaland economic issues are addressed as well as sustainable progress and perspectivesFinally there was a discussion on the relevant political and philanthropic aspects ofthe subject in order to compare and recognize the possible barriers that impede thestimulation of this type of technology and the progress in this technological branch

Key-words electric car electric motor petroleum electricity

Lista de ilustraccedilotildees

Figura 1 Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6] 15Figura 2 Gurgel Itaipu E-400 [9] 17Figura 3 Toyota Prius [10] 17Figura 4 Motor CC em corte [13] 18Figura 5 Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15] 19Figura 6 Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15] 22

Figura 7 Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21] 29Figura 8 Bloco do motor [21] 29Figura 9 Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21] 30Figura 10 Motor quatro tempos [23] 33Figura 11 Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24] 34Figura 12 Diagrama Ciclo Otto [25] 34Figura 13 Diagrama Ciclo Diesel [25] 35

Figura 14 Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29] 39Figura 15 Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 16 Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 17 Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31] 42Figura 18 Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33] 43

Sumaacuterio

1 INTRODUCcedilAtildeO 1311 Objetivo Geral 1412 Objetivos Especiacuteficos 1413 Justificativa 1414 Metodologia 14

2 CARROS ELEacuteTRICOS 1521 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 1522 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 18

221 Motor de corrente contiacutenua 18222 Motor de induccedilatildeo 19223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente 19224 Motor de relutacircncia comutada 20225 Motor ideal para carros eleacutetricos 20

23 Fontes E Armazenamento De Energia 20231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel 20232 Bateria de chumbo-aacutecido 21233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra 21234 Bateria de iacuteon-liacutetio 21

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21241 Comparaccedilatildeo de motores 22242 Baterias e suas especificaccedilotildees 22

3 CARROS A COMBUSTAtildeO 2531 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 2532 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 2833 Fontes De Energia 35

331 Petroacuteleo e subprodutos 353311 Gasolina 363312 Gaacutes natural 363313 Diesel 36

332 Biocombustiacuteveis 363321 Etanol 363322 Biodiesel 36

34 Eficiecircncia Energeacutetica 36

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

13

1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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Referecircncias

1 HoslashYER K G The history of alternative fuels in transportation The case of electricand hybrid cars Utilities Policy v 16 n 2 p 63ndash71 June 2008 Disponiacutevel emlthttpsideasrepecorgaeeejuipolv16y2008i2p63-71htmlgt Citado na paacutegina 13

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4 SOUZA M M de L C VEIacuteCULOS ELEacuteTRICOS a rede de inovaccedilatildeo da pesquisae desenvolvimento no Brasil 2015 UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINASCitado 2 vezes nas paacuteginas 13 e 16

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8 GUENTHER P R PADILHA T D Estudo de viabilidade para substituiccedilatildeo deveiacuteculos a combustatildeo por veiacuteculos de traccedilatildeo eleacutetrica em uma linha de ocircnibus de curitibaCitado na paacutegina 16

9 VEIacuteCULOS Gurgel 2018 Disponiacutevel em lthttpwwwgurgel800combrgt Citado3 vezes nas paacuteginas 9 16 e 17

10 VEIacuteCULOS Toyota 2018 Disponiacutevel em lthttpswwwtoyotacombrgt Citado 2vezes nas paacuteginas 9 e 17

11 HASHEMNIA N ASAEI B Comparative study of using different electric motors inthe electric vehicles In IEEE Electrical Machines 2008 ICEM 2008 18th InternationalConference on [Sl] 2008 p 1ndash5 Citado na paacutegina 18

12 ENGELMANN E b W H M R H Handbook of Electric Motors [Sl sn] 1995Citado na paacutegina 18

13 MOTORES eleacutetricos Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 18

50 Referecircncias

14 CAMARGO R PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM ENGENHARIAELEacuteTRICA Tese (Doutorado) mdash UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBAacute 2010Citado na paacutegina 19

15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

18 AMBROSIO R C TICIANELLI E A Baterias de niacutequel-hidreto metaacutelico umaalternativa para as baterias de niacutequel-caacutedmio Quim Nova SciELO Brasil v 24 n 2 p243ndash246 2001 Citado na paacutegina 20

19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

22 VARELLA C A A Histoacuterico e desenvolvimento dos motores de combustatildeo internaApostila didaacutetica da disciplina IT v 154 2006 Citado 2 vezes nas paacuteginas 25 e 28

23 COMBUSTAtildeO poluiccedilatildeo e automoacuteveis 2018 Disponiacutevel em lthttpparquedaciencia-blogspotcom201308combustao-poluicao-e-automoveishtmlgt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 33

24 AUTOMOacuteVEL C de Formaccedilatildeo Profissional de Reparaccedilatildeo Formaccedilatildeo ModularAutomoacutevel Caracteriacutesticas e Funcionamento dos Motores 2018 Disponiacutevel emlthttpswwwcepraptportalgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 34

25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

26 CARVALHO M A S d Avaliaccedilatildeo de um motor de combustatildeo interna ciclo ottoutilizando diferentes tipos de combustiacuteveis Dissertaccedilatildeo (Mestrado) 2016 Citado 3 vezesnas paacuteginas 36 37 e 38

27 CcedilENGEL Y A BOLES M A BUESA I A termodinacircmica [Sl] McGraw-HillSatildeo Paulo 2006 v 10 Citado na paacutegina 37

28 MARTINS J Motores de combustatildeo interna [Sl] Publinduacutestria 2006 Citado napaacutegina 37

29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

Referecircncias 51

30 MELO E Fonte eoacutelica de energia aspectos de inserccedilatildeo tecnologia e competitividadeestudos avanccedilados SciELO Brasil v 27 n 77 p 125ndash142 2013 Citado na paacutegina 42

31 TURBINA Eoacutelica IN-VENTO Agriacutecola 2018 Disponiacutevel em lthttpszminvento-wordpresscom20140613turbina-eolica-in-vento-agricolagt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 42

32 NASCIMENTO C A do Princiacutepio de funcionamento da ceacutelula fotovoltaica DissUniversidade Federal de Lavras 2004 Citado na paacutegina 42

33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 5: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

Abstract

This paper presents a bibliographic study with the objective of identifying thepossible causes and difficulties of competitive insertion of the electric car in theBrazilian market Initially some concepts are shown to contextualize and familiarizeus with the object of study the electric car Subsequently energy environmentaland economic issues are addressed as well as sustainable progress and perspectivesFinally there was a discussion on the relevant political and philanthropic aspects ofthe subject in order to compare and recognize the possible barriers that impede thestimulation of this type of technology and the progress in this technological branch

Key-words electric car electric motor petroleum electricity

Lista de ilustraccedilotildees

Figura 1 Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6] 15Figura 2 Gurgel Itaipu E-400 [9] 17Figura 3 Toyota Prius [10] 17Figura 4 Motor CC em corte [13] 18Figura 5 Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15] 19Figura 6 Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15] 22

Figura 7 Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21] 29Figura 8 Bloco do motor [21] 29Figura 9 Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21] 30Figura 10 Motor quatro tempos [23] 33Figura 11 Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24] 34Figura 12 Diagrama Ciclo Otto [25] 34Figura 13 Diagrama Ciclo Diesel [25] 35

Figura 14 Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29] 39Figura 15 Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 16 Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 17 Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31] 42Figura 18 Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33] 43

Sumaacuterio

1 INTRODUCcedilAtildeO 1311 Objetivo Geral 1412 Objetivos Especiacuteficos 1413 Justificativa 1414 Metodologia 14

2 CARROS ELEacuteTRICOS 1521 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 1522 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 18

221 Motor de corrente contiacutenua 18222 Motor de induccedilatildeo 19223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente 19224 Motor de relutacircncia comutada 20225 Motor ideal para carros eleacutetricos 20

23 Fontes E Armazenamento De Energia 20231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel 20232 Bateria de chumbo-aacutecido 21233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra 21234 Bateria de iacuteon-liacutetio 21

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21241 Comparaccedilatildeo de motores 22242 Baterias e suas especificaccedilotildees 22

3 CARROS A COMBUSTAtildeO 2531 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 2532 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 2833 Fontes De Energia 35

331 Petroacuteleo e subprodutos 353311 Gasolina 363312 Gaacutes natural 363313 Diesel 36

332 Biocombustiacuteveis 363321 Etanol 363322 Biodiesel 36

34 Eficiecircncia Energeacutetica 36

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

13

1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

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5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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Referecircncias

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8 GUENTHER P R PADILHA T D Estudo de viabilidade para substituiccedilatildeo deveiacuteculos a combustatildeo por veiacuteculos de traccedilatildeo eleacutetrica em uma linha de ocircnibus de curitibaCitado na paacutegina 16

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12 ENGELMANN E b W H M R H Handbook of Electric Motors [Sl sn] 1995Citado na paacutegina 18

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15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

18 AMBROSIO R C TICIANELLI E A Baterias de niacutequel-hidreto metaacutelico umaalternativa para as baterias de niacutequel-caacutedmio Quim Nova SciELO Brasil v 24 n 2 p243ndash246 2001 Citado na paacutegina 20

19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

22 VARELLA C A A Histoacuterico e desenvolvimento dos motores de combustatildeo internaApostila didaacutetica da disciplina IT v 154 2006 Citado 2 vezes nas paacuteginas 25 e 28

23 COMBUSTAtildeO poluiccedilatildeo e automoacuteveis 2018 Disponiacutevel em lthttpparquedaciencia-blogspotcom201308combustao-poluicao-e-automoveishtmlgt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 33

24 AUTOMOacuteVEL C de Formaccedilatildeo Profissional de Reparaccedilatildeo Formaccedilatildeo ModularAutomoacutevel Caracteriacutesticas e Funcionamento dos Motores 2018 Disponiacutevel emlthttpswwwcepraptportalgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 34

25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

26 CARVALHO M A S d Avaliaccedilatildeo de um motor de combustatildeo interna ciclo ottoutilizando diferentes tipos de combustiacuteveis Dissertaccedilatildeo (Mestrado) 2016 Citado 3 vezesnas paacuteginas 36 37 e 38

27 CcedilENGEL Y A BOLES M A BUESA I A termodinacircmica [Sl] McGraw-HillSatildeo Paulo 2006 v 10 Citado na paacutegina 37

28 MARTINS J Motores de combustatildeo interna [Sl] Publinduacutestria 2006 Citado napaacutegina 37

29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

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30 MELO E Fonte eoacutelica de energia aspectos de inserccedilatildeo tecnologia e competitividadeestudos avanccedilados SciELO Brasil v 27 n 77 p 125ndash142 2013 Citado na paacutegina 42

31 TURBINA Eoacutelica IN-VENTO Agriacutecola 2018 Disponiacutevel em lthttpszminvento-wordpresscom20140613turbina-eolica-in-vento-agricolagt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 42

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33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 6: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

Lista de ilustraccedilotildees

Figura 1 Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6] 15Figura 2 Gurgel Itaipu E-400 [9] 17Figura 3 Toyota Prius [10] 17Figura 4 Motor CC em corte [13] 18Figura 5 Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15] 19Figura 6 Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15] 22

Figura 7 Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21] 29Figura 8 Bloco do motor [21] 29Figura 9 Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21] 30Figura 10 Motor quatro tempos [23] 33Figura 11 Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24] 34Figura 12 Diagrama Ciclo Otto [25] 34Figura 13 Diagrama Ciclo Diesel [25] 35

Figura 14 Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29] 39Figura 15 Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 16 Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a

combustatildeo [29] 40Figura 17 Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31] 42Figura 18 Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33] 43

Sumaacuterio

1 INTRODUCcedilAtildeO 1311 Objetivo Geral 1412 Objetivos Especiacuteficos 1413 Justificativa 1414 Metodologia 14

2 CARROS ELEacuteTRICOS 1521 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 1522 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 18

221 Motor de corrente contiacutenua 18222 Motor de induccedilatildeo 19223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente 19224 Motor de relutacircncia comutada 20225 Motor ideal para carros eleacutetricos 20

23 Fontes E Armazenamento De Energia 20231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel 20232 Bateria de chumbo-aacutecido 21233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra 21234 Bateria de iacuteon-liacutetio 21

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21241 Comparaccedilatildeo de motores 22242 Baterias e suas especificaccedilotildees 22

3 CARROS A COMBUSTAtildeO 2531 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 2532 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 2833 Fontes De Energia 35

331 Petroacuteleo e subprodutos 353311 Gasolina 363312 Gaacutes natural 363313 Diesel 36

332 Biocombustiacuteveis 363321 Etanol 363322 Biodiesel 36

34 Eficiecircncia Energeacutetica 36

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

13

1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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Referecircncias

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8 GUENTHER P R PADILHA T D Estudo de viabilidade para substituiccedilatildeo deveiacuteculos a combustatildeo por veiacuteculos de traccedilatildeo eleacutetrica em uma linha de ocircnibus de curitibaCitado na paacutegina 16

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10 VEIacuteCULOS Toyota 2018 Disponiacutevel em lthttpswwwtoyotacombrgt Citado 2vezes nas paacuteginas 9 e 17

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12 ENGELMANN E b W H M R H Handbook of Electric Motors [Sl sn] 1995Citado na paacutegina 18

13 MOTORES eleacutetricos Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 18

50 Referecircncias

14 CAMARGO R PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM ENGENHARIAELEacuteTRICA Tese (Doutorado) mdash UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBAacute 2010Citado na paacutegina 19

15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

18 AMBROSIO R C TICIANELLI E A Baterias de niacutequel-hidreto metaacutelico umaalternativa para as baterias de niacutequel-caacutedmio Quim Nova SciELO Brasil v 24 n 2 p243ndash246 2001 Citado na paacutegina 20

19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

22 VARELLA C A A Histoacuterico e desenvolvimento dos motores de combustatildeo internaApostila didaacutetica da disciplina IT v 154 2006 Citado 2 vezes nas paacuteginas 25 e 28

23 COMBUSTAtildeO poluiccedilatildeo e automoacuteveis 2018 Disponiacutevel em lthttpparquedaciencia-blogspotcom201308combustao-poluicao-e-automoveishtmlgt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 33

24 AUTOMOacuteVEL C de Formaccedilatildeo Profissional de Reparaccedilatildeo Formaccedilatildeo ModularAutomoacutevel Caracteriacutesticas e Funcionamento dos Motores 2018 Disponiacutevel emlthttpswwwcepraptportalgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 34

25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

26 CARVALHO M A S d Avaliaccedilatildeo de um motor de combustatildeo interna ciclo ottoutilizando diferentes tipos de combustiacuteveis Dissertaccedilatildeo (Mestrado) 2016 Citado 3 vezesnas paacuteginas 36 37 e 38

27 CcedilENGEL Y A BOLES M A BUESA I A termodinacircmica [Sl] McGraw-HillSatildeo Paulo 2006 v 10 Citado na paacutegina 37

28 MARTINS J Motores de combustatildeo interna [Sl] Publinduacutestria 2006 Citado napaacutegina 37

29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

Referecircncias 51

30 MELO E Fonte eoacutelica de energia aspectos de inserccedilatildeo tecnologia e competitividadeestudos avanccedilados SciELO Brasil v 27 n 77 p 125ndash142 2013 Citado na paacutegina 42

31 TURBINA Eoacutelica IN-VENTO Agriacutecola 2018 Disponiacutevel em lthttpszminvento-wordpresscom20140613turbina-eolica-in-vento-agricolagt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 42

32 NASCIMENTO C A do Princiacutepio de funcionamento da ceacutelula fotovoltaica DissUniversidade Federal de Lavras 2004 Citado na paacutegina 42

33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 7: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

Sumaacuterio

1 INTRODUCcedilAtildeO 1311 Objetivo Geral 1412 Objetivos Especiacuteficos 1413 Justificativa 1414 Metodologia 14

2 CARROS ELEacuteTRICOS 1521 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 1522 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 18

221 Motor de corrente contiacutenua 18222 Motor de induccedilatildeo 19223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente 19224 Motor de relutacircncia comutada 20225 Motor ideal para carros eleacutetricos 20

23 Fontes E Armazenamento De Energia 20231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel 20232 Bateria de chumbo-aacutecido 21233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra 21234 Bateria de iacuteon-liacutetio 21

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21241 Comparaccedilatildeo de motores 22242 Baterias e suas especificaccedilotildees 22

3 CARROS A COMBUSTAtildeO 2531 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 2532 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 2833 Fontes De Energia 35

331 Petroacuteleo e subprodutos 353311 Gasolina 363312 Gaacutes natural 363313 Diesel 36

332 Biocombustiacuteveis 363321 Etanol 363322 Biodiesel 36

34 Eficiecircncia Energeacutetica 36

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

13

1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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Referecircncias

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12 ENGELMANN E b W H M R H Handbook of Electric Motors [Sl sn] 1995Citado na paacutegina 18

13 MOTORES eleacutetricos Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 18

50 Referecircncias

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15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

18 AMBROSIO R C TICIANELLI E A Baterias de niacutequel-hidreto metaacutelico umaalternativa para as baterias de niacutequel-caacutedmio Quim Nova SciELO Brasil v 24 n 2 p243ndash246 2001 Citado na paacutegina 20

19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

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23 COMBUSTAtildeO poluiccedilatildeo e automoacuteveis 2018 Disponiacutevel em lthttpparquedaciencia-blogspotcom201308combustao-poluicao-e-automoveishtmlgt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 33

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25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

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28 MARTINS J Motores de combustatildeo interna [Sl] Publinduacutestria 2006 Citado napaacutegina 37

29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

Referecircncias 51

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33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 8: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL 3941 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacutetrico E O Carro

A Combustatildeo 3942 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

421 Energia eoacutelica 41422 Energia solar 42

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 4344 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 44

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS 4751 Consideraccedilotildees Finais 4752 Sugestotildees De Trabalhos Futuros 47

Referecircncias 49

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1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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Referecircncias

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10 VEIacuteCULOS Toyota 2018 Disponiacutevel em lthttpswwwtoyotacombrgt Citado 2vezes nas paacuteginas 9 e 17

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12 ENGELMANN E b W H M R H Handbook of Electric Motors [Sl sn] 1995Citado na paacutegina 18

13 MOTORES eleacutetricos Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 18

50 Referecircncias

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15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

18 AMBROSIO R C TICIANELLI E A Baterias de niacutequel-hidreto metaacutelico umaalternativa para as baterias de niacutequel-caacutedmio Quim Nova SciELO Brasil v 24 n 2 p243ndash246 2001 Citado na paacutegina 20

19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

22 VARELLA C A A Histoacuterico e desenvolvimento dos motores de combustatildeo internaApostila didaacutetica da disciplina IT v 154 2006 Citado 2 vezes nas paacuteginas 25 e 28

23 COMBUSTAtildeO poluiccedilatildeo e automoacuteveis 2018 Disponiacutevel em lthttpparquedaciencia-blogspotcom201308combustao-poluicao-e-automoveishtmlgt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 33

24 AUTOMOacuteVEL C de Formaccedilatildeo Profissional de Reparaccedilatildeo Formaccedilatildeo ModularAutomoacutevel Caracteriacutesticas e Funcionamento dos Motores 2018 Disponiacutevel emlthttpswwwcepraptportalgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 34

25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

26 CARVALHO M A S d Avaliaccedilatildeo de um motor de combustatildeo interna ciclo ottoutilizando diferentes tipos de combustiacuteveis Dissertaccedilatildeo (Mestrado) 2016 Citado 3 vezesnas paacuteginas 36 37 e 38

27 CcedilENGEL Y A BOLES M A BUESA I A termodinacircmica [Sl] McGraw-HillSatildeo Paulo 2006 v 10 Citado na paacutegina 37

28 MARTINS J Motores de combustatildeo interna [Sl] Publinduacutestria 2006 Citado napaacutegina 37

29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

Referecircncias 51

30 MELO E Fonte eoacutelica de energia aspectos de inserccedilatildeo tecnologia e competitividadeestudos avanccedilados SciELO Brasil v 27 n 77 p 125ndash142 2013 Citado na paacutegina 42

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32 NASCIMENTO C A do Princiacutepio de funcionamento da ceacutelula fotovoltaica DissUniversidade Federal de Lavras 2004 Citado na paacutegina 42

33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 9: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

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1 INTRODUCcedilAtildeO

A histoacuteria do carro eleacutetrico ao contraacuterio de como muitos pensam natildeo eacute recenteComeccedila no seacuteculo XIX junto aos avanccedilos das baterias eleacutetricas [1] Desde sua invenccedilatildeo ateacuteos dias de hoje sempre esteve agrave margem se comparado aos carros com motor a combustatildeointerna De acordo com Doe [2] o decliacutenio consideraacutevel comeccedila no iniacutecio do seacuteculo XX como sistema de produccedilatildeo de Ford que diminuiu o preccedilo dos veiacuteculos movidos agrave gasolina e coma descoberta de reservas de Petroacuteleo no Texas que baratearam o combustiacutevel natildeo renovaacutevelCom o maior rendimento do motor a combustatildeo interna e a facilidade de transportede combustiacuteveis liacutequidos a rede de distribuiccedilatildeo de gasolina se expandiu rapidamentetornando os carros eleacutetricos ainda mais inviaacuteveis

Os carros eleacutetricos voltaram a chamar a atenccedilatildeo na segunda metade do seacuteculo XXquando o mundo comeccedilava a discutir questotildees ambientais com mais profundidade A crisedo petroacuteleo a consciecircncia do uso abusivo de fontes natildeo renovaacuteveis e a emissatildeo de gasespoluentes contribuiacuteram para a sua reabilitaccedilatildeo [3] Poreacutem seu uso ainda eacute inexpressivo nosdias de hoje Companhias petroleiras por anos pressionam e prejudicam a disseminaccedilatildeodesse tipo de tecnologia

No Brasil no ano de 1981 o E-400 foi desenvolvido sendo o primeiro carro eleacutetriconacional produzido em larga escala Poreacutem sua baixa velocidade e autonomia o fizeramsair de linha Alguns outros projetos foram desenvolvidos posteriormente muitos delespor pequenos grupos ou vinculados agraves universidades Em 7 estados os veiacuteculos eleacutetricosganham isenccedilatildeo total de impostos e em outros 3 a isenccedilatildeo parcial Na cidade de Satildeo Paulofoi aprovada a lei de estiacutemulo ao uso do carro eleacutetrico diminuindo em 50 o IPVA dequem usa o veiacuteculo e isentando-o do rodiacutezio municipal [4]

Diante da hegemonia mundial do petroacuteleo o Brasil natildeo ficou de fora da corridaEm 2017 o paiacutes estava entre os 10 maiores produtores do mundo segundo a InternacionalEnergy Agency De acordo com o Ministeacuterio de Minas e Energia o programa ProAacutelcool fezcom que os biocombustiacuteveis como o aacutelcool extraiacutedo da cana-de-accediluacutecar se tornassem hojea segunda fonte energeacutetica mais utilizada por automoacuteveis no Brasil Dentro desse cenaacuterioo carro eleacutetrico parece ter sido esquecido assim como a preocupaccedilatildeo com aumento dafrota de veiacuteculos e da poluiccedilatildeo gerada da queima de combustiacuteveis

Mas afinal o que impede o carro eleacutetrico de ganhar um pequeno espaccedilo no mercadobrasileiro Alguns paiacuteses mesmo com a pouca variedade de modelos eleacutetricos e hiacutebridosdisponiacuteveis mundialmente e com as vantagens de outros combustiacuteveis jaacute tecircm quase 5 de

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

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5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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Referecircncias

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15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

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19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

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34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 10: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

14 Capiacutetulo 1 INTRODUCcedilAtildeO

sua frota composta por veiacuteculos ldquolimposrdquo Os modelos mais recentes de carros eleacutetricospossuem uma eficiecircncia aceitaacutevel e tecircm recebido bastante elogios de seus usuaacuterios Haveriacomo implementar uma estrutura que aceitasse o carro eleacutetrico no paiacutes estimulando seuuso e em consequecircncia favorecendo um desenvolvimento sustentaacutevel

11 Objetivo GeralEste trabalho tem como objetivo identificar quais aspectos que dificultam o cres-

cimento competitivo de carros eleacutetricos no Brasil e propor estrateacutegias para viabilizar aimplantaccedilatildeo desse tipo de tecnologia no paiacutes

12 Objetivos EspeciacuteficosContextualizar o problema e fazer uma anaacutelise atraveacutes das seguintes questotildees

bull como eacute o funcionamento do carro eleacutetrico

bull como eacute o funcionamento do carro a combustatildeo

bull quais satildeo os combustiacuteveis automotores que tecircm destaque nacional

bull quais as vantagens futuras para um desenvolvimento sustentaacutevel

13 JustificativaEste estudo sobre a inserccedilatildeo de carros eleacutetricos de forma competitiva no Brasil

se justifica na medida em que as causas da dificuldade de crescimento desse meio detransporte ainda satildeo bem ofuscadas

Quando falamos em desenvolvimento sustentaacutevel questotildees como baixa geraccedilatildeo depoluentes e utilizaccedilatildeo de fontes ldquolimpasrdquo de energia parecem andar lado a lado com uso deveiacuteculos eleacutetricos ou seja eacute um tema de importacircncia para nosso futuro que merece umaexploraccedilatildeo mais ampla

14 MetodologiaAtraveacutes de uma pesquisa documental de caraacuteter descritivo foi feito um levanta-

mento teoacuterico sobre o assunto Posteriormente seratildeo apresentadas anaacutelises qualitativas equantitativas no intuito de identificar as possiacuteveis causas do problema central levantadono trabalho

15

2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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Referecircncias

1 HoslashYER K G The history of alternative fuels in transportation The case of electricand hybrid cars Utilities Policy v 16 n 2 p 63ndash71 June 2008 Disponiacutevel emlthttpsideasrepecorgaeeejuipolv16y2008i2p63-71htmlgt Citado na paacutegina 13

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8 GUENTHER P R PADILHA T D Estudo de viabilidade para substituiccedilatildeo deveiacuteculos a combustatildeo por veiacuteculos de traccedilatildeo eleacutetrica em uma linha de ocircnibus de curitibaCitado na paacutegina 16

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10 VEIacuteCULOS Toyota 2018 Disponiacutevel em lthttpswwwtoyotacombrgt Citado 2vezes nas paacuteginas 9 e 17

11 HASHEMNIA N ASAEI B Comparative study of using different electric motors inthe electric vehicles In IEEE Electrical Machines 2008 ICEM 2008 18th InternationalConference on [Sl] 2008 p 1ndash5 Citado na paacutegina 18

12 ENGELMANN E b W H M R H Handbook of Electric Motors [Sl sn] 1995Citado na paacutegina 18

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50 Referecircncias

14 CAMARGO R PROGRAMA DE POacuteS-GRADUACcedilAtildeO EM ENGENHARIAELEacuteTRICA Tese (Doutorado) mdash UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBAacute 2010Citado na paacutegina 19

15 FREITAS J C N d Projeto e anaacutelise ao funcionamento de carros eleacutetricos Tese(Doutorado) 2012 Citado 4 vezes nas paacuteginas 9 19 20 e 22

16 CHAPMAN S Electric machinery fundamentals [Sl] Tata McGraw-Hill Education2005 Citado na paacutegina 19

17 LARMINIE J LOWRY J Electric vehicle technology explained [Sl] John Wiley ampSons 2012 Citado na paacutegina 19

18 AMBROSIO R C TICIANELLI E A Baterias de niacutequel-hidreto metaacutelico umaalternativa para as baterias de niacutequel-caacutedmio Quim Nova SciELO Brasil v 24 n 2 p243ndash246 2001 Citado na paacutegina 20

19 BOCCHI N FERRACIN L C BIAGGIO S R Pilhas e baterias funcionamento eimpacto ambiental Quiacutemica Nova na escola n v 11 n 3 2000 Citado na paacutegina 21

20 LIMA F L M et al Motores de combustatildeo interna Porto PO 2009 Citado 7vezes nas paacuteginas 25 28 30 32 33 34 e 35

21 TILLMANN C d C Motores de combustatildeo interna e seus sistemas PelotasInstituto Federal de Educaccedilatildeo Ciecircncia e Tecnologia Citado 9 vezes nas paacuteginas 9 25 2829 30 32 33 34 e 35

22 VARELLA C A A Histoacuterico e desenvolvimento dos motores de combustatildeo internaApostila didaacutetica da disciplina IT v 154 2006 Citado 2 vezes nas paacuteginas 25 e 28

23 COMBUSTAtildeO poluiccedilatildeo e automoacuteveis 2018 Disponiacutevel em lthttpparquedaciencia-blogspotcom201308combustao-poluicao-e-automoveishtmlgt Citado 2 vezes naspaacuteginas 9 e 33

24 AUTOMOacuteVEL C de Formaccedilatildeo Profissional de Reparaccedilatildeo Formaccedilatildeo ModularAutomoacutevel Caracteriacutesticas e Funcionamento dos Motores 2018 Disponiacutevel emlthttpswwwcepraptportalgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 34

25 CICLOS Otto y Diesel Anaacutelisis termodinaacutemico 2018 Disponiacutevel em lthttps-ingelibreblogwordpresscom20140409ciclos-otto-y-diesel-analisis-termodinamicogtCitado 3 vezes nas paacuteginas 9 34 e 35

26 CARVALHO M A S d Avaliaccedilatildeo de um motor de combustatildeo interna ciclo ottoutilizando diferentes tipos de combustiacuteveis Dissertaccedilatildeo (Mestrado) 2016 Citado 3 vezesnas paacuteginas 36 37 e 38

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28 MARTINS J Motores de combustatildeo interna [Sl] Publinduacutestria 2006 Citado napaacutegina 37

29 SANTOS A C F d R Anaacutelise da viabilidade teacutecnica e econocircmica de um veiacuteculoeleacutetrico versus veiacuteculo a combustatildeo Universidade Federal de Santa Maria 2017 Citado 4vezes nas paacuteginas 9 39 40 e 47

Referecircncias 51

30 MELO E Fonte eoacutelica de energia aspectos de inserccedilatildeo tecnologia e competitividadeestudos avanccedilados SciELO Brasil v 27 n 77 p 125ndash142 2013 Citado na paacutegina 42

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32 NASCIMENTO C A do Princiacutepio de funcionamento da ceacutelula fotovoltaica DissUniversidade Federal de Lavras 2004 Citado na paacutegina 42

33 ATLAS brasileiro de energia solar 2018 Disponiacutevel em lthttpftpcptecinpe-brlabrenpubllivrosbrazil solar atlas R1pdfgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9e 43

34 NITSCH M O programa de biocombustiacuteveis proaacutelcool no contexto da estrateacutegiaenergeacutetica brasileira Revista de economia poliacutetica v 11 n 2 p 42 1991 Citado napaacutegina 44

Page 11: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

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2 CARROS ELEacuteTRICOS

Neste capiacutetulo seratildeo abordadas algumas questotildees relativas ao carro eleacutetrico paramelhor compreensatildeo do trabalho proposto Para tal se faz necessaacuterio um breve histoacutericodesse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e de suascaracteriacutesticas principais

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico

No seacuteculo XIX a Revoluccedilatildeo Industrial pedia a substituiccedilatildeo do trabalho braccedilalpelo trabalho com uso de maacutequinas automaacuteticas Por esse motivo a demanda de re-cursos energeacuteticos e de tecnologias que aproveitassem da melhor forma esses recursosaumentou drasticamente Surgem entatildeo as primeiras sociedades focadas em pesquisa edesenvolvimento de tecnologia [5]

Nesse cenaacuterio nos Estados Unidos o primeiro automoacutevel eleacutetrico foi criado peloferreiro Thomas Davenport e daiacute em diante foram desenvolvidos vaacuterios tipos de veiacuteculosmovidos a eletricidade principalmente os que andavam sobre trilhos

Figura 1 ndash Primeiro veiacuteculo eleacutetrico a chegar a 100 kmh [6]

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

47

5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra tatildeo interessado nesse tipo de tecnologia mas possui um grande potencialem relaccedilatildeo as suas fontes energeacuteticas O patamar do petroacuteleo ainda eacute uma barreira parafontes alternativas e o imediatismo ainda tem grande influecircncia no consumo humano

Como observado nas tabelas comparativas de Santos [29] o carro eleacutetrico natildeo eacute umvilatildeo dos custos e natildeo tem somente um apelo ambiental Seus custos se mostram a longoprazo menores do que os veiacuteculos a combustatildeo convencionais Apesar dos altos impostosincidentes sobre sua importaccedilatildeo se houver intervenccedilatildeo estatal no intuito de estimular essemercado podemos ter resultados promissores tanto para o meio ambiente quanto paranossa economia

52 Sugestotildees De Trabalhos FuturosUm estudo mais aprofundado sobre as grandes taxas de impostos incidentes sobre

o carro eleacutetrico faz-se necessaacuterio Uma grande parcela da populaccedilatildeo natildeo tem a miacutenimacondiccedilatildeo de adquirir um veiacuteculo com essas caracteriacutesticas natildeo soacute pela sua baixa autonomiae falta de infraestrutura mas principalmente pelo seu preccedilo de compra Eacute possiacutevel investigarcomo os governos municipais estaduais e federal estimulam esse tipo de tecnologia e comoisso pode influenciar o desinteresse nesse tipo de produto

Sugere-se tambeacutem um estudo sobre a infraestrutura necessaacuteria para atender essetipo de mercado dado que para ocorrer essa transiccedilatildeo de automoacuteveis a combustatildeo paraautomoacuteveis eleacutetricos satildeo necessaacuterias mudanccedilas e implementaccedilotildees nas rodovias de forma aatender o abastecimento e a manutenccedilatildeo desse tipo de veiacuteculo Empresas como a Teslapor exemplo jaacute buscam alternativas de substituiccedilatildeo raacutepida da bateria dos carros eleacutetricosOu seja poderemos chegar em um posto e instantaneamente substituirmos a bateriadescarregada do carro por uma bateria com carga total evitando assim a demora geradano seu carregamento

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24 AUTOMOacuteVEL C de Formaccedilatildeo Profissional de Reparaccedilatildeo Formaccedilatildeo ModularAutomoacutevel Caracteriacutesticas e Funcionamento dos Motores 2018 Disponiacutevel emlthttpswwwcepraptportalgt Citado 2 vezes nas paacuteginas 9 e 34

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Referecircncias 51

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Page 12: Carros elétricos: viabilidade econômica e ambiental de ... · Catalogação: ficha.sisbin@ufop.edu.br A994c Azevedo, Marcelo Henrique . Carros elétricos: viabilidade econômica

16 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

A importacircncia estrateacutegica dos veiacuteculos motorizados foi primeiramente verificada noiniacutecio do Seacuteculo XX Os veiacuteculos motorizados foram imprescindiacuteveis para o deslocamentoe o abastecimento das tropas durante a Primeira Guerra Mundial [7]

As limitaccedilotildees de recursos energeacuteticos durante as duas Guerras Mundiaisdemandou a necessidade de se investir em estudos para desenvolver alter-nativas energeacuteticas e apesar de um periacuteodo caoacutetico principalmente paraos paiacuteses diretamente envolvidos as guerras trouxeram grande avanccedilotecnoloacutegico ao que discorre os recursos energeacuteticos alternativos Infeliz-mente os investimentos em pesquisas agraves fontes de energias alternativas aopetroacuteleo natildeo foram suficientes e esse ainda se manteve economicamentemais viaacutevel agrave produccedilatildeo de energia [4]

Os veiacuteculos eleacutetricos natildeo se mostravam muito atrativos agrave guerra Suas bateriasapesar de sofrerem diversas melhorias ao longo dos anos ainda tinham custo de produccedilatildeomuito elevado e um rendimento baixo se comparadas a outros recursos energeacuteticos comopetroacuteleo e carvatildeo

Somente na deacutecada de 70 os veiacuteculos eleacutetricos voltam a ganhar destaque A Crisedo Petroacuteleo aumentou o preccedilo do recurso em 400 causando desestruturaccedilatildeo na economiamundial Questotildees ambientais comeccedilaram a ser debatidas e o ser humano passa a ternoccedilatildeo dos danos causados ao meio ambiente pelo raacutepido crescimento dos automoacuteveis Apartir daiacute nascem novas ideias para reverter este quadro dentre elas estatildeo a utilizaccedilatildeode energias limpas e dos veiacuteculos eleacutetricos em especial dos utilizados para o transportepuacuteblico [8] Segundo Baran e Legey [3] ldquohouveram diversas iniciativas de trazecirc- los de voltaao mercado no periacuteodo mas nem os automoacuteveis eleacutetricos puros nem os hiacutebridos estavamaptos a competir no mercado com os automoacuteveis convencionaisrdquo

Jaacute na deacutecada de 80 o conceito de desenvolvimento sustentaacutevel ganhou mais forccedila eo mundo passa a se concentrar na criaccedilatildeo de novas tecnologias e em fontes energeacuteticasalternativas no intuito de gerar menos poluiccedilatildeo no planeta No Brasil a frota de ocircnibuseleacutetricos troacutelebus (veiacuteculos alimentados por uma catenaacuteria de dois cabos superiores)comeccedilaram a crescer Uma parceria criada pela estatal Empresa Brasileira de TransportesUrbanos (EBTU) juntamente com o BNDE (atual BNDES) e o Ministeacuterio dos Transportescriou diversos outros sistemas por todo o paiacutes recebendo recursos para melhoria das ruas eavenidas das cidades reformas renovaccedilatildeo e reestruturaccedilatildeo das linhas eleacutetricas e renovaccedilatildeodas frotas veiculares [8] O E-400 um utilitaacuterio criado entre os anos de 1980 e 1983 foi oprimeiro carro eleacutetrico produzido em seacuterie no Brasil [9]

21 Histoacuteria Do Carro Eleacutetrico 17

Figura 2 ndash Gurgel Itaipu E-400 [9]

A partir dos anos 90 o estiacutemulo ao uso de carros eleacutetricos e hiacutebridos foi soacuteaumentando Novas tecnologias comeccedilaram a surgir e os paiacuteses comeccedilarama incentivar o uso atraveacutes de leis e de regalias Em 1990 o estado daCalifoacuternia implementou suas primeiras normas regulatoacuterias de emissatildeozero Em 1992 a Agenda 213 enfatizou a importacircncia dos problemascausados pelo uso extensivo de energia foacutessil bem como a necessidadede reduccedilatildeo do consumo de energia nos paiacuteses desenvolvidos e de buscade uma possiacutevel transiccedilatildeo para fontes renovaacuteveis de energia Ainda noano de 1992 a Uniatildeo Europeia definiu uma poliacutetica de transportes pormeio da expressatildeo ldquouma estrateacutegia para a mobilidade sustentaacutevelrdquo [3]

Junto a esse movimento existia um movimento contraacuterio muito forte o das grandescompanhias de petroacuteleo que tentavam barrar essas poliacuteticas a todo custo objetivandosomente o lucro maacuteximo Jaacute no final da deacutecada de 90 e iniacutecio do seacuteculo XXI um automoacutevelhiacutebrido de destaque mundial nasce o Prius da Toyota Nos dias atuais ele representa quase50 do mercado de hiacutebridos e possui um alto grau de satisfaccedilatildeo [3]

Figura 3 ndash Toyota Prius [10]

No Brasil no ano de 2012 foram registrados 115 carros eleacutetricos sendo que em2013 houve um aumento de 389 carros eleacutetricos em relaccedilatildeo ao ano anterior a maiorparte veiacuteculos hiacutebridos segundo dados da Associaccedilatildeo Nacional de Fabricantes de Veiacuteculos

18 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

Automotores (ANFAVEA 2016) A passos curtos o paiacutes vai tentando se encaixar dentrodos bons costumes para um crescimento sustentaacutevel atraveacutes de leis fiscais de estiacutemulomas a infraestrutura extremamente escassa e os altos impostos que encarecem os veiacuteculossatildeo grandes degraus ao objetivo que eacute uma frota minimamente aceitaacutevel deste tipo deautomoacutevel Alguns paiacuteses como os Estados Unidos jaacute tecircm mais de 4 da sua frota formadapor veiacuteculos eleacutetricos (puros e hiacutebridos) Ainda eacute pouco comparando com o restante queestaacute emitindo poluentes na atmosfera incessantemente O mundo pede ajuda e eacute dever decada paiacutes se responsabilizar e tomar as devidas providecircncias diante desse quadro delicado

22 Funcionamento Do Motor EleacutetricoO princiacutepio de funcionamento do motor eleacutetrico eacute converter energia eleacutetrica em

energia mecacircnica usada para tracionar e gerar movimento Segundo Nasser e Asaei [11] ldquooscinco tipos de motores mais usados em veiacuteculos eleacutetricos satildeo motor de corrente contiacutenua(CC) motor de induccedilatildeo motor siacutencrono de iacutematildes permanentes PMS (ou BLAC) motor derelutacircncia comutado SRM e motor CC sem escovas BLDCrdquo

221 Motor de corrente contiacutenua

Um motor CC nada mais eacute do que um motor alimentado por corrente contiacutenua(CC) sendo esta alimentaccedilatildeo proveniente de uma bateria ou qualquer outra de alimentaccedilatildeoCC A sua comutaccedilatildeo (troca de energia entre rotor e estator) pode ser atraveacutes de escovas(escovado) ou sem escovas (brushless) e com relaccedilatildeo a velocidade o motor CC pode sercontrolado apenas variando a sua tensatildeo diferentemente de um motor eleacutetrico de correntealternada (CA) cuja a velocidade eacute variada pela frequecircncia Os motores de corrente contiacutenuapossuem dois tipos de configuraccedilatildeo A configuraccedilatildeo ldquoshuntrdquo onde os enrolamentos doindutor e do induzido estatildeo ligados em paralelo o que permite a operaccedilatildeo em velocidadeconstante E aconfiguraccedilatildeo em seacuterie onde a potecircncia eacute constante A configuraccedilatildeo em seacuteriee escovado eacute a mais utilizada em veiacuteculos eleacutetricos pois possui caracteriacutesticas como amplavariaccedilatildeo de velocidade controle relativamente faacutecil e velocidade ideal para traccedilatildeo [12]

Figura 4 ndash Motor CC em corte [13]

22 Funcionamento Do Motor Eleacutetrico 19

222 Motor de induccedilatildeo

O motor de induccedilatildeo funciona por corrente alternada e eacute construiacutedo de tal maneiraque se tecircm dois campos magneacuteticos girantes O campo magneacutetico do rotor tende a alinhar-se com o campo do estator sendo induzida uma forccedila eletromotriz que produz o movimentode rotaccedilatildeo do rotor A velocidade de rotaccedilatildeo do rotor tem um ligeiro atraso em relaccedilatildeoao campo magneacutetico girante devido agrave carga aplicada ao motor daiacute a designaccedilatildeo de motorassiacutencrono [14] O rotor em gaiola de esquilo eacute o mais utilizado em automoacuteveis por natildeoconter escovas sendo mais barato e exigindo menos manutenccedilotildees Poreacutem seu torque dearranque natildeo eacute muito elevado resultando em uma rotaccedilatildeo inicial lente Novas tecnologiasde motores de induccedilatildeo tecircm chamado atenccedilatildeo de algumas marcas de automoacuteveis eleacutetricos

Figura 5 ndash Motor de induccedilatildeo com rotor em gaiola de esquilo [15]

223 Motor siacutencrono de iacutematilde permanente

Segundo Chapman [16] o princiacutepio baacutesico de operaccedilatildeo de um motor siacutencrono de iacutematildepermanente (PMAC) eacute que a corrente de campo produz um campo magneacutetico estacionaacuterioDa mesma forma as correntes circulantes no estator do motor siacutencrono produziratildeo umcampo magneacutetico girante Assim existem dois campos presentes no motor e o campodo rotor tenderaacute a se alinhar com o campo do estator agrave medida que este gira Possuemtorque elevado e satildeo relativamente pequenos se comparados aos motores de induccedilatildeo parauma mesma potecircncia Podem ser do tipo BLDC (Brushless DC) ou PMSM (PermanentMagnet Synchronous Motor) Segundo Larminie e Lowry [17] ldquoo motor BLDC eacute na verdadeum motor CA chama- se Brushless DC porque foi desenvolvido a partir do motor DCcom escovas e porque as caracteriacutesticas de velocidade e binaacuterio satildeo muito semelhantesaos motores CC com escovasrdquo O motor BLDC (Brushless DC) eacute tambeacutem conhecido porECM (Electronically Commutated Motor) natildeo possui escovas sendo a comutaccedilatildeo feitaeletronicamente Assim este tipo de motor natildeo tem os problemas associados agrave comutaccedilatildeopor escovas no entanto o controle acrescenta um custo consideraacutevel na sua aplicaccedilatildeo Acomutaccedilatildeo da corrente entre os enrolamentos do estator deve ser sincronizada com aposiccedilatildeo do rotor para tal satildeo usados sensores sendo comum usar sensores de efeito Hall e

20 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

sensores oacutepticos Os motores PMSM requerem uma alimentaccedilatildeo com onda senoidal podemter os iacutematildes montados agrave superfiacutecie do rotor ou em posiccedilatildeo interior tem um controle maiscomplexo do que os BLDC e necessitam de um sensor de corrente por cada fase (casosejam trifaacutesicos) Satildeo motores propiacutecios a aplicaccedilotildees que necessitem de elevado desempenho[15]

224 Motor de relutacircncia comutada

Ummotor de relutacircncia comutada (SRM) funciona atraveacutes da manipulaccedilatildeo de forccedilaseletromagneacuteticas Estes motores consistem tipicamente de um rotor que eacute tipicamentecomposto de ferro e eletromagnetos Estes natildeo satildeo eletroiacutematildes com coerecircncia Em vez dissoligam e desligam para estabelecer polos no rotor ferromagneacutetico Este tipo de rotor permiteo funcionamento a temperaturas elevadas Eacute uma vantagem em relaccedilatildeo aos motores deiacutematildes permanentes pois nesses as altas temperaturas desmagnetizariam os iacutematildes [15]

225 Motor ideal para carros eleacutetricos

A escolha de motor eleacutetricos para os veiacuteculos depende de diversas caracteriacutesticascomo potecircncia custo rendimento controlabilidade e traccedilatildeo Aleacutem disso os motores comrotor bobinado satildeo pouco usuais devido a presenccedila de escovas que obrigam manutenccedilatildeofrequente As faixas de velocidade de operaccedilatildeo tambeacutem determinam qual o motor idealpara cada caso [15]

23 Fontes E Armazenamento De EnergiaA bateria eacute o dispositivo que armazena energia e alimenta o motor eleacutetrico para

subsequente geraccedilatildeo de movimento As baterias mais utilizadas em veiacuteculos eleacutetricos nomundo satildeo as de bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel (NiHM) A baterias de chumbo-aacutecido (PbA) a bateria de sal fundido do tipo Zebra (Zero Emission Battery ResearchActivity) e a de iacuteon-liacutetio satildeo tambeacutem comumente utilizadas Vale lembrar que possuem umtempo de autonomia e precisam ser recarregadas (baterias recarregaacuteveis satildeo denominadassecundaacuterias) com frequecircncia atraveacutes de uma fonte externa [3]

231 Bateria de hidreto metaacutelico de niacutequel

A bateria niacutequel-hidreto metaacutelico (NiHM) possui uma liga metaacutelica com altacapacidade de armazenamento de hidrogecircnio que proporciona alta densidade de energiae alta capacidade da bateria Possui alta resistecircncia agrave oxidaccedilatildeo e um nuacutemero grande deciclos de carga e descarga [18] Segundo Castro e Ferreira [3] uma das suas desvantagenseacute natildeo poder ser descarregada por completo o que prejudica seu uso em carros eleacutetricos

24 Eficiecircncia Energeacutetica 21

puros Por natildeo possuir metais como chumbo ou caacutedmio reduz o problema de contaminaccedilatildeoambiental por metais pesados

232 Bateria de chumbo-aacutecido

Baterias de chumbo-aacutecido satildeo extremamente agressivas ao meio ambiente Osmetais pesados contidos nelas obrigam uma recuperaccedilatildeo do metal pesado e um cuidadoadequado nos seus descartes Satildeo usadas em veiacuteculos em geral para alimentar os sistemasde partida iluminaccedilatildeo e igniccedilatildeo As baterias industriais satildeo utilizadas para tracionarmotores de veiacuteculos eleacutetricos e tambeacutem em serviccedilos que natildeo podem ser interrompidos emcaso de queda de energia eleacutetrica (nobreak) [19] Eacute a mais comum em veiacuteculos convencionaisagrave combustatildeo sendo que os veiacuteculos eleacutetricos comercializados em geral utilizam outrastecnologias

233 Bateria de sal fundido do tipo Zebra

Segundo Castro e Ferreira [3] a bateria do tipo Zebra eacute uma tecnologia relativamentemadura mas que tecircm como limitaccedilatildeo a necessidade de aquecimento para cerca de 270C para funcionamento (temperatura necessaacuteria para manter o sal na fase liacutequida) oque consome bastante energia Sua vantagem eacute natildeo conter materiais toacutexicos como as dechumbo-aacutecido Outro fator limitante eacute possuir apenas um fabricante a FZ Sonick

234 Bateria de iacuteon-liacutetio

A bateria de iacuteon-liacutetio representa um grande avanccedilo tecnoloacutegico para os veiacuteculoseleacutetricos As principais caracteriacutesticas das baterias de iacuteons liacutetio satildeo bom desempenho eseguranccedila aos usuaacuterios Aleacutem disso o fato de empregarem materiais de baixa densidadepermite que sejam projetadas para terem menor massa tamanho e custo [19] Possui baixatoxicidade se comparado as baterias de chumbo causando danos ambientais menores Asbaterias de iacuteon-liacutetio constituem a maior aposta para equipar os veiacuteculos eleacutetricos e hiacutebridosComo o liacutetio eacute um elemento pequeno e leve as baterias agrave base de liacutetio apresentam maioresniacuteveis de potecircncia e energia por unidade de massa A energia especiacutefica dessas baterias eacuteduas vezes maior em comparaccedilatildeo agrave energia das baterias NiMH e quatro vezes maior emrelaccedilatildeo aos niacuteveis da bateria PbA [3]

24 Eficiecircncia EnergeacuteticaQuando se compara a eficiecircncia energeacutetica de um veiacuteculo eleacutetrico puro ou hiacutebrido

temos que levar em conta uma seacuterie de caracteriacutesticas como o tipo de motor utilizadoo tipo de bateria o sistema de controle o sistema de refrigeraccedilatildeo e outras diversas

22 Capiacutetulo 2 CARROS ELEacuteTRICOS

particularidades Focaremos em qual motor eleacutetrico e qual bateria satildeo utilizados fazendouma comparaccedilatildeo dentro de cada aspecto

241 Comparaccedilatildeo de motores

Os motores mesmo que do mesmo tipo costumam mudar suas caracteriacutesticas defabricante para fabricante Para melhor comparaccedilatildeo segue uma avaliaccedilatildeo feita por Freitas(2012) utilizando notas de zero agrave cinco sendo zero muito ruim e cinco muito bom em umatabela (ver figura 6) com os motores comumente utilizados em veiacuteculos eleacutetricos

Figura 6 ndash Comparaccedilatildeo entre diferentes tipos de motores [15]

Excluindo o custo todos os pontos apresentados tecircm relaccedilatildeo com a eficiecircnciaenergeacutetica jaacute que essa estaacute intimamente relacionada com o maacuteximo aproveitamento deenergia

242 Baterias e suas especificaccedilotildees

Quando falamos de eficiecircncia energeacutetica de uma bateria podemos destacar algumasespecificaccedilotildees determinantes

bull Descarga eacute a perda de carga de uma bateria com o tempo e com o uso

bull Efeito Memoacuteria eacute a diminuiccedilatildeo da retenccedilatildeo de carga devida a quantidade de ciclosde carga e descarga e a forma de carregamento

bull Energia especiacutefica relaciona a quantidade de energia que uma bateria pode armazenarcom a massa dessa bateria

24 Eficiecircncia Energeacutetica 23

bull Densidade de energia relaciona a quantidade de energia que uma bateria podearmazenar com o volume que ela ocupa

bull Capacidade energeacutetica representa o valor teoacuterico de corrente que a bateria eacute capazde fornecer durante uma hora de funcionamento

bull Vida uacutetil geralmente eacute contabilizada em nuacutemero de ciclos de cargadescarga queuma bateria poderaacute alcanccedilar

Todas essas especificaccedilotildees variam de acordo com fabricante e ainda sofrem cons-tantes evoluccedilotildees por isso natildeo eacute possiacutevel fazer um comparativo tatildeo exato Apesar dissosabemos que as baterias NiMH e as de iacuteon-liacutetios satildeo as mais visadas devidas as suascaracteriacutesticas energeacuteticas e aos seus custos

25

3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Neste capiacutetulo apresenta-se uma revisatildeo sobre carros a combustatildeo apoiada nohistoacuterico desse tipo de automoacutevel bem como uma descriccedilatildeo do seu funcionamento e desuas caracteriacutesticas principais encontradas na literatura

31 Histoacuteria Do Carro A CombustatildeoDesde o seacuteculo XVII o homem vem procurando construir mecanismos que forneces-

sem movimento de maneira automaacutetica sem a necessidade de grandes esforccedilos humanos ouanimais [20 21] A ideia sempre foi atingir ldquograndes distacircncias e certas velocidades maioresque as dos seus passosrdquo Baseado nisso surgiu o motor de combustatildeo interna onde seriapossiacutevel gerar e liberar energia atraveacutes de ldquoprocessos de combustatildeo que ocorreriam nointerior de um mecanismo proacutepriordquo revolucionando assim as formas de produzir energiamecacircnica ao longo dos anos [20 21 22]

De forma cronoloacutegica eacute possiacutevel apresentar a evoluccedilatildeo do motor de combustatildeointerna desde sua origem [20 21 22]

bull 1508- Relatos e documentos histoacutericos indicaram que Leonardo da Vinci propunha aelevaccedilatildeo de peso por meio de fogo

bull 1652- O padre Hautefoille teve a ideia de construir um motor agrave base da forccedilaexpansiva de gases oriundos da combustatildeo da poacutelvora num cilindro fechado Poreacutemesse natildeo registrou o assunto atraveacutes de escrituras

bull 1680- Utilizando-se da explosatildeo de poacutelvora Christian Huygens fiacutesico holandecircsdesenvolveu o primeiro modelo do que seriam entatildeo os motores de combustatildeointerna Dentro de um cilindro ocorria a explosatildeo do combustiacutevel que levava agravemovimentaccedilatildeo de um pistatildeo de forma que um peso era levantado devido agrave pressatildeoatmosfeacuterica A poacutelvora tambeacutem foi utilizada como combustiacutevel para movimentarbombas de aacutegua ldquoengenhariardquo realizada por Sir Samuel Morland

bull 1687- Denis Papim desenvolveu o princiacutepio de funcionamento de uma maacutequina avapor com pistatildeo

bull 1767- Um motor a vapor com sistema de resfriamento dos cilindros foi construiacutedopor James Watts

26 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1859- Atraveacutes de vaacutelvulas de admissatildeo as quais introduziam gaacutes e ar durante aprimeira metade do movimento de um pistatildeo carga era queimada mediante faiacutesca ecom o aumento da pressatildeo os gases queimados empurravam o pistatildeo ateacute findar-se oprimeiro movimento este era o processo de funcionamento de um motor de duplaaccedilatildeo onde a combustatildeo acontecia de ambos os lados do pistatildeo Motor esse construiacutedopor Jean Joseph Eacutetienne Lenoir Nesse motor havia liberaccedilatildeo dos gases atraveacutes dasvaacutelvulas de exaustatildeo depois do segundo movimento Enquanto isso do outro ladodo pistatildeo ocorria uma nova combustatildeo Uma produccedilatildeo de cerca de 5000 motores foirealizada A potecircncia era cerca de 6 cavalos e o melhor valor de eficiecircncia obtido foiperto de 5

bull 1794- Foi obtida a patente de um motor de combustatildeo interna Esse contava comdois cilindros horizontais cilindros bomba e de potecircncia O combustiacutevel liacutequido seriacolocado diretamente no cilindro resultando no primeiro motor a combustatildeo internacom essa caracteriacutestica no entanto Robert Steet seu inventor natildeo construiu o motorproposto

bull 1797- B Thompson conde Rumford se atentou agrave equivalecircncia entre calor e trabalhodurante a construccedilatildeo de um canhatildeo

bull 1801- Um motor de combustatildeo a gaacutes com base na expansatildeo dos gases produzidosdurante a combustatildeo de uma mistura de ar e gaacutes inflado foi patenteado por PhillipLeben inventor da iluminaccedilatildeo a gaacutes

bull 1821- Com uma mistura de ar e hidrogecircnio W Cecil desenvolveu o primeiro motora combustatildeo que funcionaria com sucesso

bull 1852- Jean Etienne Lenoir influenciado pelos conhecimentos de Cecil ingressou naconstruccedilatildeo de um motor Seu proacuteprio pioneirismo ocorreu na tentativa do seu primeiromotor fixo de explosatildeo a gaacutes em 1858 Trabalho esse que resultou em patente em 1860A ideia de transformar movimento retiliacuteneo em movimento de rotaccedilatildeo surgiu a partirde entatildeo Em 1863 Jean apresentava entatildeo um triciclo com motor a gaacutes de hulha ouoacuteleo leve (xisto ou alcatratildeo) vaporizado em carburador tipo primitivo de apenas 15HP Devido as dificuldades encontradas para colocar seu motor em funcionamentodestacou a importacircncia de um mecanismo de igniccedilatildeo para o iniacutecio do funcionamentodos motores de combustatildeo interna Apesar das inuacutemeras contribuiccedilotildees cientiacuteficas etecnoloacutegicas Lenoir natildeo compreendeu a relevacircncia da mistura do combustiacutevel como ar no processo da combustatildeo para o aumento da produccedilatildeo de calor devido aoaumento da quantidade de oxigecircnio O triciclo o possibilitou viajar pela Europae ainda lhe rendeu o grande precircmio Argenteuil (corrida automobiliacutestica Paris ndashJoinville-leponte) Mas todo o sucesso natildeo foi suficiente para levar agrave comercializaccedilatildeodo triciclo

31 Histoacuteria Do Carro A Combustatildeo 27

bull 1854- O primeiro motor de combustatildeo de dois tempos foi construiacutedo por Dugald Clerk(o qual foi apresentado somente em 1881) Sendo a igniccedilatildeo por ponto quente nessemotor introduzida pelo alematildeo Gottilieb Daimler o qual imaginou a diminuiccedilatildeo dotamanho do motor de dois tempos Esse tipo de igniccedilatildeo tornaria viaacutevel a construccedilatildeodos automoacuteveis anos mais tarde

bull 1857- Foi construiacutedo um motor de pistatildeo livre agrave base da expansatildeo de gases decombustatildeo por Barsanti e Matteuci Esse foi comercializado por Otto e Langen ateacute1867 fazendo assim a primeira realizaccedilatildeo praacutetica do motor a 4 tempos

bull 1862- A proposta e patente dos princiacutepios de funcionamento dos motores de quatrotempos de combustatildeo interna foram realizadas por Beau de Rochas Apesar de suascaracteriacutesticas apresentarem condiccedilotildees de eficiecircncia elevada Beau nunca conseguiuconstruir seu motor

bull 1876- O alematildeo Nikolas August Otto construiu o conhecido motor Otto silenciosoapoacutes a invenccedilatildeo independente do mesmo ciclo descrito por Beau PrimeiramenteOtto conhecendo o projeto e o motor construiu um semelhante ao de Lenoir Em1878 apresentou seu motor na Feira Internacional de Paris o primeiro motor a 4tempos a utilizar gasolina (um primeiro tempo de admissatildeo segundo de compressatildeoda mistura terceiro de combustatildeo e um quarto tempo para a exaustatildeo) Juntamentecom o engenheiro Eugen Langen seu soacutecio Otto fundou a primeira faacutebrica demotores a combustatildeo do mundo a N A Otto amp Cia Apresentando uma eficiecircnciasemelhante ao do motor anterior o destaque apresentado agora por Otto foi ldquoenormereduccedilatildeo em tamanho peso e volume e o seu potencial para evoluccedilatildeo no futurordquo

bull 1883- A criaccedilatildeo do motor monociacuteclico de quatro tempos fez com que GottliebDailmer e Wilhelm Maybach transformassem de maneira significativa a induacutestriaautomobiliacutestica

bull 1886- Um motor com potecircncia de cerca de 34 cavalos velocidade de 15 kmhrefrigerado a aacutegua e que fazia a conexatildeo entre transmissatildeo e o diferencial atraveacutes deuma correia foi utilizado num automoacutevel com 3 rodas de bicicleta foi desenvolvidopor Benz Esse foi estabelecido como primeiro automoacutevel do mundo

bull 1892- Com um rendimento nunca antes obtidos em motores de combustatildeo internaRudolf Diesel desenvolveu um motor que apresentava autoigniccedilatildeo isto eacute era iniciadaa combustatildeo atraveacutes da injeccedilatildeo de um combustiacutevel liacutequido para o ar que aquecidoapenas pela compressatildeo inflamava por si mesmo permitindo o dobro de eficiecircnciaateacute entatildeo apresentado pelos motores da eacutepoca Ateacute hoje utiliza-se seu motor nostransportes puacuteblicos do mundo de cargas e automoacutevel

28 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull 1893- Diesel arquitetou o motor a diesel que hoje leva o seu nome O engenheiroalematildeo encontrava barreiras financeiras para desenvolver seu projeto mas apoacutesuma tentativa frustrada que resultou em explosatildeo e mais quatro anos de estudose experimentos conseguiu elaborar um motor operacional Alcanccedilando velocidadese apresentando potecircncia bem superiores se comparado com aqueles existentes naeacutepoca esse motor atingia 600 rotaccedilotildees por minuto e o de Otto atingia apenas 130Com o ciclo a pressatildeo constante elevou a eficiecircncia de 16 para 262 e nasceuassim o motor de ciclo diesel

Novas invenccedilotildees surgiram ao longo dos anos contribuindo para o aumento dainduacutestria dos motores de combustatildeo interna e da induacutestria automoacutevel tornando possiacutevelmeios de transporte como o automoacutevel o aviatildeo e ateacute veiacuteculos militares [22]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna

Motor trata-se de uma maacutequina que converte qualquer forma de energia em trabalhomecacircnico O motor de combustatildeo interna transforma energia teacutermica (oriunda de umareaccedilatildeo quiacutemica) em energia mecacircnica Nessas maacutequinas teacutermicas o combustiacutevel eacute queimadono interior do cilindro motor como os motores a gasolina a diesel e aqueles que tecircm comocombustiacutevel o metano Diferentemente nos motores de combustatildeo externa ou exoteacutermicosonde o combustiacutevel eacute queimado numa estrutura externa ao cilindro motor como os motoresa vapor

Os componentes principais de um motor satildeo aqueles responsaacuteveis por estabelecercondiccedilotildees favoraacuteveis para que o processo de conversatildeo da energia quiacutemica dos combustiacuteveisnos motores se realize de forma eficiente e contiacutenua [20 21] Esses componentes de extremaimportacircncia de um motor de combustatildeo interna se dividem em dois grupos os das partesfixas e os das partes moacuteveis Os motores apresentam componentes que natildeo se movimentamquando esse se encontra em funcionamento sendo esses pertencentes agrave parte fixa enquantoque as partes moacuteveis satildeo aquelas que se movimentam na mesma situaccedilatildeo As partes fixaspodem ser divididas em trecircs grandes partes [20 21]

bull Cabeccedilote- se encontra no topo cobrindo a parte superior do bloco com a funccedilatildeo detampar os cilindros formando a cacircmara de combustatildeo na parte superior do bloco domotor Nela se localizam as vaacutelvulas de admissatildeo e escape ou descarga (dispositivosque permitem ou bloqueiam a entrada ou saiacuteda de gases ou combustiacutevel dos cilindros)e as velas de igniccedilatildeo ou os bicos injetores (dispositivos que inflamam o combustiacutevel eo ar presentes no cilindro) O cabeccedilote pode ser de ferro fundido ou ligas de alumiacuteniodependendo da necessidade de reduccedilatildeo de peso ou melhoria na conduccedilatildeo de calor

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 29

Podem abrigar o eixo de cames ou comando de vaacutelvulas responsaacutevel pela abertura efechamento das vaacutelvulas

Figura 7 ndash Cabeccedilote ndash motor 4 cilindros [21]

bull Bloco do motor- elemento principal do motor que de maneira direta ou indiretasatildeo acoplados os componentes que constituintes do motor onde se encontram oscilindros (locais onde se movimentam os pistotildees) e onde estatildeo os alojamentos dosmancais centrais onde se apoia o eixo de manivelas ou virabrequim

Figura 8 ndash Bloco do motor [21]

Composto por ferro fundido alumiacutenio fundido alumiacutenio forjado e accedilo forjadousualmente soldado onde a especificidade estaacute relacionada principalmente com asconsideraccedilotildees do tipo de motor e dos custos de fabricaccedilatildeo Esse tambeacutem pode serdenominado de bloco de cilindros Motores mais modernos substituem ferro fundidopor ligas visando principalmente melhores resultados quanto a dissipaccedilatildeo de calor ereduccedilatildeo do peso

bull Caacuterter- parte inferior do motor responsaacutevel por cobrir os componentes inferiores domotor e pelo armazenamento de oacuteleo de lubrificaccedilatildeo e do seu respectivo arrefecimentoComposto de ferro ou alumiacutenio fundidos constitui a parte principal do bloco domotor que conteacutem o virabrequim e a bomba de oacuteleo

30 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Figura 9 ndash Caacuterter e junta de vedaccedilatildeo [21]

Visando uma vedaccedilatildeo total bloco e cabeccedilote satildeo unidos com uma junta de amiantorevestida de metal enquanto que bloco e caacuterter requer uma junta com material que evitevazamentos por razatildeo do aquecimento e dilataccedilatildeo dos metais Todo projeto estaacute suscetiacutevela problemas combinando problemas estruturais fluxo de calor e escoamento de fluido emuma forma complexa o cabeccedilote eacute um dos elementos mais propiacutecios a problemas nummotor Tendo como objetivo aumentar a superfiacutecie de transferecircncia de calor os cilindrossatildeo separados e circundados por aletas nos motores refrigerados a ar

As partes moacuteveis principais satildeo constituiacutedas por [20 21]

bull Vaacutelvulas- componentes responsaacuteveis pela vedaccedilatildeo da abertura de entrada do are pela vedaccedilatildeo dos orifiacutecios de saiacuteda dos gases da combustatildeo satildeo compostos pormetais Podem apresentar-se em dois tipos as vaacutelvulas de admissatildeo responsaacuteveis pelaabertura para permitir a entrada da mistura combustiacutevelar (ou ar puro conforme ocaso) no interior dos cilindros enquanto que as vaacutelvulas de escape abrem-se parapermitir a saiacuteda dos gases queimados na combustatildeo Podem ainda existir motorescom vaacutelvulas laterais localizadas ao lado dos cilindros (permitindo nesse caso umfuncionamento silencioso) vaacutelvulas suspensas colocadas sobre os cilindros (levandoa um melhor funcionamento da cacircmara de combustatildeo favorecendo entatildeo a potecircnciado motor e um rendimento teacutermico superior)

bull Eixo do comando de vaacutelvulas ou eixo de cames- trata-se de um eixo acoplado aressaltos ou excecircntricos destinados a agir sobre os componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas balancins (invertem o sentido do movimento gerado pelo came) haste(regulam a entrada e saiacuteda de gases no cilindro) e tuchos (transmitem o movimento docame agrave vareta ou haste impulsora) em tempos precisos A potecircncia e regime do motorsatildeo influenciados grandemente pela forma e posiccedilatildeo dos cames Acionado pelo eixode manivelas atraveacutes de engrenagens corrente ou por correia dentada esse eixo temcomo objetivo a abertura das vaacutelvulas de admissatildeo e escape Constituiacutedo tambeacutem deressaltos que elevam o conjunto tucho haste e balancim abrindo assim as vaacutelvulas

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 31

no momento adequado O eixo de cames e alguns componentes impulsionadoresdas vaacutelvulas satildeo compostos por accedilo liga de accedilo accedilo ao niacutequel (podendo chegar ateores elevados) ou cromo-niacutequel cromo e tungstecircnio Esse materiais permitem queessas partes formadoras dos motores suportem temperaturas de trabalho que podemchegar a 750C

bull Pistatildeo- conteacutem a parte moacutevel da cacircmara de combustatildeo transmite e amplia a energiaresultante da expansatildeo dos gases apoacutes a combustatildeo Compostos de fundiccedilatildeo maleaacutevelde liga de alumiacutenio ou de accedilo resultando em um material com mais leveza Em geralapresentam trecircs canaletas para alojamento dos aneacuteis Essas satildeo conectadas na partedo pistatildeo onde haacute mais material e menor diacircmetro Dessa forma no final da rotahaacute uma amenizaccedilatildeo dos efeitos de ineacutercia (vibraccedilatildeo e frenagem em altos regimes derotaccedilatildeo)

bull Aneacuteis de segmento- acoplados nos pistotildees esses componentes estatildeo em contato comas camisas durante o seu funcionamento Vedaccedilatildeo da compressatildeo e combustatildeo ocontrole do oacuteleo lubrificante e a transferecircncia do calor para o sistema de arrefecimentosatildeo algumas de suas funccedilotildees principais Ainda impossibilitam o vazamento dos gasese permitem a manutenccedilatildeo do fluxo de oacuteleo na cacircmara de combustatildeo com vazatildeomiacutenima necessaacuteria para a adequada lubrificaccedilatildeo dos aneacuteis e do pistatildeo Podem emsua maioria serem compostos por ferro fundido-cinza justamente devido a suaexcelente resistecircncia ao desgaste em todos os diacircmetros de cilindro Em destaque auma variedade de aneacuteis que controlam de forma coadjuvante o fluxo de oacuteleo oschamados aneacuteis de compressatildeo existem aqueles em que essa eacute sua principal funccedilatildeoesses satildeo os aneacuteis de controle de oacuteleo

bull Bielas- conectando os pistotildees e o eixo de manivelas apoacutes receber dos pistotildees essescomponentes transmitem o impulso ao eixo de manivelas ou virabrequim Em suamaioria satildeo constituiacutedas por accedilo-liga estampado e com menor frequecircncia por alumiacutenioMas a utilizaccedilatildeo do material especiacutefico dependeratildeo muito do gecircnero de motores dascargas da biela e da velocidade de rotaccedilatildeo

bull Bronzinas ou casquilhos- diminuindo o atrito entre o eixo e seu apoio essas buchasbipartidas suportam cargas elevadas Tendo uma composiccedilatildeo trimetaacutelica de accedilo-cobre-estanho em sua grande maioria as bronzinas possuem orifiacutecios que facilitam alubrificaccedilatildeo e ressaltos que asseguram um posicionamento correto na montagem eimpedem seu deslocamento lateral

bull Virabrequim- faz parte do sistema de forccedila do motor Eixo de Manivelas (EDM) ouAacutervore de Manivelas (ADM) Instalado na parte inferior do bloco recebe as bielasque possibilitam o movimento Considerado o eixo motor propriamente dito esse eacute

32 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

responsaacutevel por fornecer tensotildees devido agrave flexatildeo torccedilatildeo e cisalhamento em todo seucomprimento de acordo com as suas cargas aparentes

bull Volante- tem como funccedilatildeo controlar a rotaccedilatildeo do virabrequim regularizando eequilibrando-a Composto por fundiccedilatildeo ou de accedilo moldado O tamanho e peso dosvolantes dependem do nuacutemero de cilindros de um motor Para motores com vaacuterioscilindros os volantes satildeo menores e mais leves tornando-se maiores agrave medida quecaem o nuacutemero de cilindros

bull Mancais- reduzem o atrito e funcionam como apoio agraves partes moacuteveis giratoacuterias domotor aos moentes e aos munhotildees Podem ser fixos (instalados nos munhotildees e nobloco do motor) e moacuteveis (presentes sobre os moentes e bielas) Ainda haacute os dedeslizamento ou de rolamento (com roletes esferas agulhas) Mancal de duas meias-buchas apresenta duas partes uma externa (capa) e outra interna (composta pormetal liga de estanho de cobre e de antimocircnio materiais que impedemdiminuemo atrito) essa estrutura de mancal tem como vantagem a facilidade de montagem

Os motores de combustatildeo interna podem ser classificados de acordo com fatorescomo utilizaccedilatildeo (estacionaacuterios industriais veiculares ou mariacutetimos O que os diferenciameacute o tipo de maacutequina a que eles satildeo destinados a acionar) propriedade dos gases daadmissatildeo (ciclo diesel com admissatildeo de ar ou ciclo Otto contando com a admissatildeo damistura ar-combustiacutevel) tipo de igniccedilatildeo (por centelha- igniccedilatildeo por centelha- ICE ou porcompressatildeo igniccedilatildeo por compressatildeo- ICO) movimento do pistatildeo (alternativos- ciclo Ottoou ciclo Diesel e rotativo- Wankel) fases dos ciclos de trabalho (dois ou quatro tempos)nuacutemero de cilindros (monociliacutendricos ou policiliacutendricos) disposiccedilatildeo de cilindros (em linhaem V opostos ou radiais) [20 21]

Os motores ainda possuem condiccedilotildees especiacuteficas para que o processo de trans-formaccedilatildeo da energia interna dos combustiacuteveis em trabalho mecacircnico seja realizado deforma eficiente e contiacutenua Os sistemas responsaacuteveis por promover essas condiccedilotildees satildeochamados de sistemas complementares Satildeo eles sistema de alimentaccedilatildeo de ar sistema dealimentaccedilatildeo de combustiacutevel sistema de arrefecimento sistema de lubrificaccedilatildeo e sistemaeleacutetrico [20 21]

32 Estrutura E Funcionamento Do Motor De Combustatildeo Interna 33

Figura 10 ndash Motor quatro tempos [23]

Esses motores utilizam-se de ciclos termodinacircmicos para o seu funcionamento Essesciclos podem ser distinguidos em quatro fases de funcionamento ou quatro tempos [20 21]admissatildeo compressatildeo expansatildeocombustatildeo e escapeexaustatildeo sendo todos eles caracteri-zados pelos tipos de substacircncia de trabalho fonte de calor fonte fria e maacutequina teacutermicaPortanto podem diferir em certo grau as caracteriacutesticas dos tempos de funcionamento dosmotores agrave gasolina e agrave gasoacuteleo por exemplo

bull Primeiro Tempo Admissatildeo- contando com vaacutelvula de admissatildeo aberta nessa fase opistatildeo realiza um movimento descendente movimentando-se do ponto morto superior(PMS) para o ponto morto inferior (PMI) permitindo assim uma depressatildeo nointerior do cilindro possibilitando que a misturaar puro entre no cilindro

bull Segundo Tempo Compressatildeo- com as vaacutelvulas fechadas nessa fase o pistatildeo realizaum movimento ascendente (do ponto morto inferior para o ponto morto superior)comprimindo a misturaar puro que foram admitidos durante o primeiro tempo Acompressatildeo eleva as temperaturas e a turbulecircncia da misturaar puro

bull Terceiro Tempo Expansatildeo-Combustatildeo- quando pistatildeo finaliza o movimento decompressatildeo uma faiacutesca eacute gerada entre os eleacutetrodos da vela Obteacutem-se uma pressatildeomuito elevada apoacutes a queima dos gases levando ao movimento descendente do pistatildeoateacute ao ponto morto inferior Nesse tempo o motor fornece trabalho e como essa eacuteuma caracteriacutestica especiacutefica dessa fase essa eacute conhecida por tempo-motor

bull Quarto Tempo EscapeExaustatildeo- com a vaacutelvula de escape aberta no fim do tempo-motor permite-se a expulsatildeo dos gases queimados para a mesma em grande velocidadeCom movimento ascendente o pistatildeo vai limpar o interior do cilindro A partir domomento em que a vaacutelvula de escape eacute fechada com o pistatildeo no ponto morto superiora vaacutelvula de admissatildeo eacute aberta reiniciando o processo

34 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

Diferenccedilas de um motor a 4 tempos podem ser observadas quando esses satildeo operadoscom gasolina ou diesel A tabela 11 descreve algumas dessas diferenccedilas

Figura 11 ndash Comparaccedilatildeo entre combustiacuteveis [24]

Quanto aos ciclos termodinacircmicos os motores podem ser classificados em cicloOtto (motores a gasolina) ciclo Diesel (motores a gasoacuteleo) ciclo Brayton (turbinas a gaacutes)ou ciclo Atkinson (motor de cinco tempos) Destaca-se aqui o princiacutepio de funcionamentode um motor operando atraveacutes dos dois primeiros ciclos

Figura 12 ndash Diagrama Ciclo Otto [25]

Motores que operam com ciclo Otto satildeo aqueles de combustatildeo interna popularmenteconhecidos como motores a explosatildeo O modelo ideal desse tipo de ciclo eacute constituiacutedo porquatro processos reversiacuteveis internamente [20 21]

1 Admissatildeo isobaacuterica

2 Compressatildeo adiabaacutetica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

33 Fontes De Energia 35

4 Exaustatildeo isobaacuterica

No geral automoacuteveis que utilizam como combustiacutevel a gasolina aacutelcool ou gaacutesnatural operam com base no ciclo Otto [20 21]

Motor que opera com ciclo Diesel destaca-se devido a causa da combustatildeo quenesse caso ocorre pela compressatildeo da mistura ar + combustiacutevel No primeiro ciclo oar entra na cacircmara No segundo ocorre a compressatildeo do ar pelo pistatildeo e no fim dacompressatildeo injeta-se combustiacutevel sob pressatildeo no interior da cacircmara Vindo a misturasofrer explosatildeo no final do ciclo devido a elevaccedilatildeo significativa da temperatura e da pressatildeono interior da cacircmara No terceiro ciclo o gaacutes oriundo da explosatildeo expande-se Atraveacutesdas vaacutelvulas o gaacutes de resiacuteduos da combustatildeo eacute liberado Assim feito reinicia-se o processo

Figura 13 ndash Diagrama Ciclo Diesel [25]

De uma forma geral o ciclo Diesel eacute caracterizado pelos seguintes processos [20 21]

1 Compressatildeo adiabaacutetica

2 Transferecircncia de calor endoteacutermica e isobaacuterica

3 Expansatildeo adiabaacutetica

4 Transferecircncia de calor exoteacutermica e isocoacuterica

33 Fontes De Energia

331 Petroacuteleo e subprodutos

O petroacuteleo bruto eacute uma complexa mistura liacutequida de compostos orgacircnicos e inor-gacircnicos em que predominam os hidrocarbonetos desde os alcanos mais simples ateacute osaromaacuteticos mais complexos

36 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

3311 Gasolina

A gasolina eacute um dos subprodutos do petroacuteleo e eacute o combustiacutevel mais utilizadopor automoacuteveis no mundo O intervalo de temperatura da sua obtenccedilatildeo por destilaccedilatildeoeacute compreendido entre 33 agrave 105 C Sua queima gera grande quantidade de energia e aomesmo tempo emite grande quantidade de poluentes

3312 Gaacutes natural

O gaacutes natural pode ser do tipo associado ou natildeo associado O associado encontra-sedissolvido no petroacuteleo fazendo com que a produccedilatildeo do oacuteleo seja privilegiada O gaacutes natildeoassociado eacute o gaacutes preso entre as rochas livre de aacutegua e de oacuteleo sendo ele a substacircnciaprimaacuteria para o gaacutes natural veicular

3313 Diesel

O diesel eacute um oacuteleo oriundo da destilaccedilatildeo de petroacuteleo bruto e eacute usado em motoresespeciacuteficos exclusivos para o diesel e o biodiesel Eacute uma grande alternativa quando aquestatildeo eacute preccedilo e consumo do combustiacutevel

332 Biocombustiacuteveis

Combustiacuteveis de origem bioloacutegicas derivados de biomassa renovaacutevel Satildeo repre-sentantes principais na alimentaccedilatildeo de veiacuteculos de combustatildeo interna satildeo o etanol e obiodiesel

3321 Etanol

Segundo combustiacutevel mais utilizado no Brasil Teve grande estiacutemulo estatal na suaproduccedilatildeo que ocorre associada com a produccedilatildeo de accediluacutecar

3322 Biodiesel

Semelhante ao diesel retirado do petroacuteleo poreacutem sua extraccedilatildeo ocorre em vegetaisOacuteleos vegetais satildeo extraiacutedos e processados para obter esse produto

34 Eficiecircncia Energeacutetica

Eficiecircncia ou rendimento de um motor representa o grau de sucesso com que umprocesso de conversatildeo de energia eacute realizado [26] De um modo geral a expressatildeo da eficiecircnciapode ser apresentada atraveacutes da relaccedilatildeo entre os termos de um resultado desejado e de

34 Eficiecircncia Energeacutetica 37

um fornecimento necessaacuterio como representado pela equaccedilatildeo [27]

η = resultado desejado

fornecimento necessaacuterio (31)

Aqui η descreve a eficiecircncia resultado desejado pode ser entendido como a potecircnciade saiacuteda do motor e fornecimento necessaacuterio eacute o recurso que foi disponibilizado para arealizaccedilatildeo do objetivo proposto (para motores de com interna esse eacute a proacutepria energia docombustiacutevel)

Segundo Heywood (1988) a eficiecircncia teacutermica de motores de combustatildeo internatambeacutem chamada de eficiecircncia de conversatildeo do combustiacutevel pode ser definida por

ηt = W

mpc

(32)

Com ηt representando a eficiecircncia teacutermica m sendo a vazatildeo maacutessica de combustiacutevel pc opoder caloriacutefico do combustiacutevel e W a potecircncia de saiacuteda do motor obtida em dinamocircmetro

As eficiecircncias globais tiacutepicas de um motor de combustatildeo interna foram propostaspor Ccedilengel e Boles [27] como sendo da ordem de 26 a 30 para motores automotivos agasolina de 34 a 40 para motores a Diesel e de 40 a 60 para motores de grandesusinas geradoras de energia eleacutetrica

A eficiecircncia de um motor de combustatildeo interna natildeo eacute uma preocupaccedilatildeo recenteestando presente nos primeiros projetos e protoacutetipos desses tipos de motores [26] Garantiruma alta eficiecircncia vai de encontro com fatores econocircmicos tecnoloacutegicos e aqueles relacio-nados com a sustentabilidade do meio ambiente Dessa maneira cada vez mais rigorosas setornam as leis para a comercializaccedilatildeo de veiacuteculos Dessa forma veiacuteculos mais econocircmicose menos poluentes conduzem o desenvolvimento de motores cada vez menores e maiseficientes [26]

Muitas satildeo os aperfeiccediloamentos dos motores na tentativa de aumentar desempenhoe eficiecircncia de motores Dentre eles pode-se citar [26] sistemas de otimizaccedilatildeo do rendimentoatraveacutes da variaccedilatildeo no sincronismo de vaacutelvulas sistemas de admissatildeo com sobre-alimentaccedilatildeoe com geometria variaacutevel aliados a sistemas eletrocircnicos de gerenciamento e controle queotimizam a combustatildeo em diversos regimes de trabalho do motor diminuiccedilatildeo dos atritosdo sistema melhor aproveitamento do combustiacutevel (sendo esse associado ao melhordesempenho e menor consumo)

Contudo Martins [28] disserta que o rendimento do motor pode ser visto comoum produto de vaacuterios outros rendimentos que mostram o resultado especiacutefico a cadaparacircmetro tais como as perdas por atritos a eficiecircncia do enchimento dos cilindros porar a eficiecircncia da combustatildeo etc Alguns desses paracircmetros influenciam nos resultados deeficiecircncias de um motor de combustatildeo interna sendo eles [26]

bull Eficiecircncia Mecacircnica do Motor

38 Capiacutetulo 3 CARROS A COMBUSTAtildeO

bull Eficiecircncia Teacutermica e o Consumo Especiacutefico de Combustiacutevel

bull Eficiecircncia Volumeacutetrica

bull Pressatildeo Meacutedia Efetiva

Portanto a determinaccedilatildeo de paracircmetros como esses afetaraacute significativamente aeficiecircncia do motor de combustatildeo interna A escolha mais viaacutevel pode depender de algunsfatores como o objetivo da utilizaccedilatildeo do motor como proporcionar a maior potecircncia aomotor requerer a maior autonomia do veiacuteculo relaccedilatildeo custo benefiacutecio alto desempenho eeconomia de combustiacutevel Eacute estritamente necessaacuterio escolhas que levem a melhorias deeficiecircncias poreacutem deve haver uma relaccedilatildeo de equiliacutebrio entre essa e as contribuiccedilotildees aomeio ambiente e agrave sustentabilidade [26]

39

4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

Desenvolvimento sustentaacutevel eacute a busca do progresso sem prejudicar ou prejudicandoao miacutenimo o meio ambiente No mundo capitalista e consumista em que vivemos pensarde forma sustentaacutevel eacute quase que um crime para os detentores do capital e do poder Avisatildeo de maximizar os lucros a todo custo cega o ser humano e faz com que ele destrua oplaneta que vive As consequecircncias a longo prazo podem comprometer a proacutepria existecircnciada raccedila e tambeacutem de outros seres vivos Falar em desenvolvimento sustentaacutevel eacute falar emfuturo um futuro com o maacuteximo de harmonia possiacutevel entre os seres vivos da Terra

Os veiacuteculos eleacutetricos satildeo uma alternativa para o futuro jaacute esses natildeo emitem gasestoacutexicos na atmosfera O gaacutes carbocircnico e o monoacutexido de carbono emitidos pelos carros acombustatildeo satildeo uns dos principais responsaacuteveis pela qualidade do ar atmosfeacuterico Quantomaior a concentraccedilatildeo desses gases no ar menor a qualidade da respiraccedilatildeo dos seres vivosaeroacutebios (que necessitam de oxigecircnio na respiraccedilatildeo) e maior eacute a alteraccedilatildeo climaacutetica queela pode causar

41 Uma Comparaccedilatildeo De Custos E Eficiecircncia Entre O Carro Eleacute-trico E O Carro A CombustatildeoPara um comparativo mais fidedigno a realidade foi utilizado um estudo feito por

Santos [29] onde dois modelos de carro Renault com caracteriacutesticas estruturais semelhantesforam confrontados um modelo eleacutetrico (Zoe) e um modelo a combustatildeo (Sandero) Segueas despesas com manutenccedilatildeo de cada tipo de veiacuteculo (ver figura 14)

Figura 14 ndash Despesas de manutenccedilatildeo do carro eleacutetrico e do carro a combustatildeo [29]

Os custos energeacuteticos e de manutenccedilatildeo do modelo eleacutetrico satildeo menores Em relaccedilatildeoaos valores de compra e o custo do km rodado de cada veiacuteculo temos a seguinte tabela

40 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

(ver figura 15) que conteacutem tambeacutem outras caracteriacutesticas e mostra a semelhanccedila dos doismodelos

Figura 15 ndash Comparativo 1 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Figura 16 ndash Comparativo 2 entre veiacuteculos um modelo eleacutetrico e um modelo a combustatildeo [29]

Observando a tabela (ver figura 16) vemos que a viabilidade econocircmica do carro

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica 41

eleacutetrico eacute maior a longo prazo apesar de seu valor de compra ser maior O custo por kmrodado eacute bem menor para o modelo eleacutetrico perdendo por um valor consideraacutevel somenteno quesito autonomia O que nos faz pensar que se houvesse um investimento maior eminfraestrutura para esses modelos esse problema com certeza seria minimizado

Esse caso eacute um caso bem especiacutefico mas que de certa forma eacute um forte indicadorde que algo melhor e mais promissor pode substituir o que hoje eacute um grande problemapara nosso meio ambiente

42 A Eletricidade Como Alternativa Limpa E Econocircmica

Sabemos que o veiacuteculo eleacutetrico natildeo emite poluentes atraveacutes de gases expelidos jaacuteque natildeo ocorre nenhuma combustatildeo no processo de transformaccedilatildeo de energia eleacutetrica emmecacircnica no motor eleacutetrico Ao contraacuterio dos veiacuteculos a combustatildeo interna que necessitamde queima do combustiacutevel para geraccedilatildeo de movimento no motor e que liberam grandequantidade de gaacutes carbocircnico (CO2) e monoacutexido de carbono (CO) Mas os veiacuteculos eleacutetricossatildeo isentos de qualquer dano ambiental A resposta eacute natildeo por dois principais motivos Umdeles eacute uso de baterias para armazenamento de energia O descarte incorreto e a poluiccedilatildeopor metais pesados satildeo problemas bastante indesejaacuteveis quando se fala em desenvolvimentosustentaacutevel O outro satildeo as fontes energeacuteticas que alimentam as baterias Natildeo adianta abateria seguir todos os padrotildees ambientais e a energia que a alimenta ser por exemploprovida de queima irregular de carvatildeo Ou mesmo de uma hidreleacutetrica que natildeo respeitaaacutereas de conservaccedilatildeo ambiental Por isso natildeo podemos enxergar somente de forma pontualtemos que analisar tudo que estaacute por traacutes

Sobre as fontes de energia ldquolimpasrdquo demos destaque a energia eoacutelica e energiasolar jaacute que essas aleacutem de gerarem baixos danos ambientais diretos como emissatildeo degases poluentes ou destruiccedilatildeo de grandes aacutereas verdes e da fauna geram tambeacutem poucodanos indiretos como eacute o caso da energia nuclear A energia nuclear apresenta altos riscosde contaminaccedilatildeo poreacutem soacute acontece se houver acidentes ou se o lixo atocircmico natildeo tiverum tratamento e destino corretos

421 Energia eoacutelica

Para gerar eletricidade o aerogerador (ou turbina eoacutelica) funciona de maneirasimilar a um moinho de vento em que a energia das massas de ar eacute convertida em energiamecacircnica auxiliando agricultores com a moagem de gratildeos e bombeamento de aacutegua Naturbina eoacutelica o vento movimenta as paacutes e faz girar o rotor que transmite a rotaccedilatildeo aogerador que por sua vez converte essa energia mecacircnica em energia eleacutetrica Jaacute existeminclusive geradores residecircnciais capazes de gerar uma potecircncia de 1000 Watts

42 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O Brasil eacute o principal desenvolvedor de parques eoacutelicos na Ameacuterica Latina Oprogresso da energia eoacutelica no Brasil pode ser explicado pelo progresso tecnoloacutegico alcanccediladopor essa induacutestria (geraccedilatildeo de muita renda) as caracteriacutesticas do vento brasileiro bemcomo as atrativas condiccedilotildees dos leilotildees do mercado regulado e as condiccedilotildees de financiamento[30]

ldquoA energia eoacutelica eacute uma fonte limpa e renovaacutevel que gera empregos erenda para o Brasil Em 2012 foram gerados 15 mil empregos diretose temos hoje 11 fabricantes instalados no paiacutes No uacuteltimo ano foraminvestidos no setor certa de R$ 7 bilhotildees e a previsatildeo eacute chegar a R$ 50bilhotildees ateacute 2020 [30]rdquo

Figura 17 ndash Esquema de produccedilatildeo de energia eoacutelica [31]

422 Energia solar

Na produccedilatildeo de energia eleacutetrica atraveacutes da energia solar o sistema fotovoltaico eacute omais utilizado A placa fotovoltaica eacute composta de ceacutelulas feitas de materiais semicondutoresQuando as partiacuteculas da luz solar colidem com os aacutetomos desses materiais provocam odeslocamento dos eleacutetrons gerando corrente eleacutetrica Segundo Nascimento [32] EdmondBecquerel relatou o fenocircmeno em 1839 quando nos extremos de uma estrutura de mateacuteriasemicondutora surge o aparecimento de uma diferenccedila de potencial eleacutetrico devido agraveincidecircncia de luz Geradores eleacutetricos como esses satildeo cada vez mais usados em aparelhoseletrocircnicos e em sateacutelites onde a absorccedilatildeo eacute bem maior

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico Impacto Ambiental 43

O Brasil por ser um paiacutes tropical possui boa incidecircncia solar o ano inteiro comopode ser visto na figura a seguir

Percebe-se o grande potencial do paiacutes para produccedilatildeo desse tipo de energia poreacutemeacute necessaacuterio um grande investimento inicial O Brasil jaacute possui grandes parques solaresO parque de Pirapora em Minas Gerais ocupa uma aacuterea equivalente a 1500 campos defutebol Existem ainda grandes parques na Bahia e no Piauiacute poreacutem ainda existe umagrande lacuna para expansatildeo

Figura 18 ndash Iacutendice de radiaccedilatildeo solar anual no Brasil [33]

43 Motor De combustatildeo Interna versus Motor Eleacutetrico ImpactoAmbiental

Como relatam Rizzo e Pires [7] os automoacuteveis satildeo uma das grandes causas dodesequiliacutebrio ambiental pois aleacutem de ser uma das principais fontes de poluiccedilatildeo atmosfeacutericaconsomem grande quantidade de energia

44 Capiacutetulo 4 DESENVOLVIMENTO SUSTENTAacuteVEL

O carro a combustatildeo gera gases toacutexicos na atmosfera que o carro eleacutetrico natildeogera Poreacutem os carros eleacutetricos satildeo alimentados por baterias essas que podem contermetais pesados em sua composiccedilatildeo e contaminar o solo e a aacutegua Eacute preciso portantotentar amenizar ou ateacute anular esses efeitos nos modelos seguindo os devidos cuidados erecomendaccedilotildees

No Brasil o aumento no nuacutemero de automoacuteveis iraacute certamente demandar umaquantidade crescente de energia nos proacuteximos anos o que torna o uso da eletricidade nosetor de transportes uma interessante alternativa aos combustiacuteveis utilizados atualmentesob o ponto de vista ambiental Isto reforccedila o uso de energia eleacutetrica que no Brasil eacutegerada quase que totalmente a partir de fontes renovaacuteveis [em torno de 85 de acordocom Ministeacuterio de Minas e Energia (2009)] e reduz o uso do motor de combustatildeo umarelevante fonte emissora de gases de efeito estufa Aleacutem do mais contribui para aumentara eficiecircncia energeacutetica jaacute que o motor eleacutetrico tem eficiecircncia da ordem de 90 contra 40do motor de combustatildeo [3]

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas

Natildeo eacute novidade para ningueacutem que as grandes empresas de petroacuteleo e seus subprodu-tos pressionam contrariamente a criaccedilatildeo de automoacuteveis movidos a qualquer tipo de energiaque natildeo seja comercializada por eles Principalmente quando a energia em questatildeo pareceser mais viaacutevel ao bolso e ao planeta Haacute relatos de escacircndalos envolvendo financiamentopoliacutetico por grandes companhias para objeccedilatildeo de criaccedilatildeo de novas tecnologias O carroeleacutetrico eacute com certeza uma das viacutetimas desse jogo O sistema capitalista e consumista visao lucro maacuteximo e parece natildeo se preocupar em exaurir todos os nossos recursos energeacuteticosnatildeo renovaacuteveis Esses que poderiam ser utilizados de maneira consciente e servir com maiseficiecircncia o futuro da nossa espeacutecie

As reservas de petroacuteleo do Brasil representam sem duacutevida uma grande riqueza paraa naccedilatildeo Grandes reservas localizadas em grandes profundidades embaixo de espessascamadas de sal permitiram o Brasil estar entre os maiores produtores de petroacuteleo domundo O ProAacutelcool foi um programa bem- sucedido de substituiccedilatildeo em larga escalados derivados de petroacuteleo O aacutelcool se tornou o segundo combustiacutevel mais utilizado noBrasil Aleacutem de ser uma alternativa ao petroacuteleo evitando assim importaccedilotildees eacute um recursorenovaacutevel e funciona concomitantemente com a produccedilatildeo de accediluacutecar [34] Poreacutem diantedesses dois grandes recursos os carros eleacutetricos parecem ter sido esquecidos A eletricidadegerada no paiacutes daria sim para abastecer uma grande frota de automoacuteveis eleacutetricos mas oEstado natildeo mostra grande interesse nesse tipo de tecnologia

O imediatismo a inseguranccedila e a falta de visatildeo progressista cega a raccedila humanaque eacute tatildeo gananciosa O baixo estiacutemulo faz com que a infraestrutura seja limitada e torne

44 Poliacuteticas E Mercado Produccedilatildeo E Pessoas 45

os veiacuteculos eleacutetricos inviaacuteveis devida a baixa autonomia Mas existe tambeacutem o movimentode resistecircncia O futuro sustentaacutevel ainda eacute prioridade para alguns O Japatildeo eacute grandeexemplo nesse quesito Grande parte da produccedilatildeo mundial de carros eleacutetricos ocorre laacute

O mercado de carros eleacutetricos se mostra muito promissor O desafio tecnoloacutegicoque ele representa poderia gerar uma quantidade absurda de empregos capital e inovaccedilotildeesDescobertas natildeo soacute no campo dos automoacuteveis mas em tudo que estaacute relacionado comeles como baterias motores entre outros A energia poupada e bem aproveitada evitariao desperdiacutecio de recursos e de capital O Brasil possui grande espaccedilo territorial e umaquantidade vasta de recursos para gerar energia ldquolimpardquo Sua malha rodoviaacuteria gigantescaapesar de dificultar a implementaccedilatildeo da infraestrutura necessaacuteria para atender essesveiacuteculos favorece o uso desse tipo de locomoccedilatildeo e estimularia a vendas desses automoacuteveisA reduccedilatildeo dos impostos o incentivo tecnoloacutegico e as poliacuteticas de estimulo desse mercadopoderiam gerar muito capital para a naccedilatildeo e tornaacute-la um exemplo de progresso a serseguido Quando nossa mentalidade mudar e passarmos a nos preocupar com nosso planetae com as pessoas que nele vivem algo poderaacute ser feito

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5 CONCLUSOtildeES E PERSPECTIVAS

51 Consideraccedilotildees FinaisA anaacutelise bibliograacutefica permitiu inferir as possiacuteveis causas da dificuldade de cresci-

mento da frota de veiacuteculos eleacutetricos que antes pareciam natildeo serem tatildeo claras e verificar aspossiacuteveis alternativas energeacuteticas para garantir um futuro sustentaacutevel e humano O Brasilnatildeo se mostra ta