Disciplina:Motores em Sistemas de Propulsão Alternativos

Introdução

Energia e Meio Ambiente

• A partir da década de 1960 a indústria automobilística passou a ter de resolver dois grandes problemas relacionados ao impacto ambiental causado pelo uso crescente veículos automotivos: a emissão de poluentes, e o consumo excessivo de combustíveis fósseis.

Ford Fairlane 1958

Consumo:5,9 km/L

• Desta década em diante, na maioria dos países, foram impostas regulamentações cada vez mais rigorosas em relação às emissões e também ao consumo.

• Atualmente, as regulamentações ambientais não tratam apenas de substâncias que podem ser definidas como poluentes (hidrocarbonetos não queimados, NOx, CO, partículas, etc.), mas também gases de efeito estufa como dióxido de carbono (CO2).

• É importante ressaltar que o dióxido de carbono não é um poluente (na verdade é essencial para a vida vegetal), mas um aumento além de uma determinada concentração global pode elevar a temperatura da Terra (efeito estufa).

• Uma particularidade com os problemas com as emissões e o consumo é que estes tem de ser tratados juntos, uma vez que algumas soluções que reduzam a poluição podem causar um aumento do consumo de combustível e vice-versa.

• A abordagem correta a estes problemas deve ser abrangente: não somente considerar os poluentes ou o consumo de um determinado veículo quando em sua operação, mas durante todo o seu ciclo de vida, ou seja, na produção, manutenção, operação e descarte.

• Pensando deste modo, a distância total percorrida pelo veículo em sua vida útil torna-se importante: no caso de um veículo pouco utilizado, o que mais interessa é a poluição gerada e o consumo de energia na construção e descarte, reduzindo-se a importância dessas fases do ciclo de vida do veículo com o aumento da distância percorrida.

• Um aperfeiçoamento no projeto de um automóvel, introduzido para reduzir suas emissões ou para melhorar sua eficiência de combustível, pode no entanto afetar sua fabricação negativamente em termos de poluição ou consumo de energia (por exemplo, devido à uma maior complexidade ou ao uso de materiais específicos)

• Neste caso, este aperfeiçoamento representará um efeito positivo somente a partir de uma determinada utilização real do veículo.

• Por exemplo, um veículo híbrido complexo pode ser conveniente se usado como um táxi (alta quilometragem anual), mas não como um carro privado, o qual terá uma utilização muito menor.

Toyota Prius – Híbrido

• No presente momento, as propostas para melhorar os futuros veículos a partir desses pontos de vista são muitas, mas as principais estão relacionadas com inovações ligadas ao powertrain: veículos elétricos, veículos híbridos, e veículos que utilizam combustíveis "alternativos".

• Logicamente, estas propostas não abrangem todas as inovações possíveis no setor automobilístico, uma vez que qualquer melhoria feita na eficiência energética em geral, tal como reduzir o arrasto aerodinâmico, resistência ao rolamento, peso, etc., acaba por reduzir o consumo de energia e, consequentemente, reduzir a emissão de poluentes uma vez que será consumido menos combustível.

Veículo elétrico

Veículo híbrido

Honda Civic Hybrid 2015

Fontes de Energia

• Durante o século XX e neste início do século XXI, as fontes de energia não renováveis (principalmente os produtos derivados do petróleo, tais como gasolina e diesel) assumiram um papel dominante, embora não exclusivo.

• Entretanto, o atual estado tecnológico nos permite projetar diferentes cenários para as próximas décadas, antevendo as possibilidades de emprego das principais fontes de energia renováveis, com o objetivo de contribuir tanto para a melhoria das condições ambientais quanto para salvaguardar as reservas de recursos naturais.

• O gráfico na Fig. 14.1 mostra as fontes de energia primárias que podem ser utilizadas por cada tipo de sistema de propulsão e como elas são transmitidas para seu uso final.

• O gráfico a seguir mostra as fontes de energia primárias que podem ser utilizadas por cada tipo de sistema de propulsão e como elas são transmitidas para seu uso final.

• O gráfico está longe de ser completo, mas abrange a abordagem tradicional (caminho pontilhado) e alguns dos que são sugeridos para o futuro.

• Em particular, assumiu-se que o hidrogênio seja produzido através da eletrólise da água, embora atualmente apenas 3% da produção total de hidrogênio seja desta maneira.

• Uma frota de veículos, incluindo veículos impulsionados por motores de combustão interna (gasolina, diesel, GLP, gás natural e hidrogênio), baterias elétricas, sistemas híbridos e células de combustível pode ter seus requisitos de energia atendidos através da diversificação das fontes de energia, incluindo renováveis e, portanto, inesgotáveis.

• Mesmo os combustíveis dos motores de combustão interna podem ser derivados de óleo, carvão, gás natural (metano), decomposição de biomassa ou hidrólise de água (hidrogênio).

Energia não renovável Energia renovável

Nuclear Solar Vento Hidroelétrica Biomassa

Energia Elétrica

Eletrólise da água

Carro elétrico Carro com motor combustão interna

Carro híbrido

Célula de combustível

Gasolina, diesel, GNV, metanol,

metano

GNV: metano + etanoGLP: propano + butano

Baterias Hidrogênio Bio-combustível

Óleo, carvão, metano

• Por outro lado, a eletricidade necessária para alimentar veículos elétricos e híbridos e produzir hidrogênio através da eletrólise da água pode ser gerada por estações térmicas, nucleares, hidrelétricas, eólicas ou de energia solar.

• Em conclusão, a dependência exclusiva de produtos petrolíferos e derivados de hoje pode ser atenuada através da diversificação do tipo de veículos na frota e, portanto, das fontes de energia necessárias para atender à demanda.

• Nesta perspectiva, para garantir uma mobilidade sustentável, protegendo o meio ambiente e economizando energia, a frota de veículos a motor evoluirá gradualmente, envolvendo uma maior diversidade na geração de potência automotiva.

• Uma previsão do possível desenvolvimento futuro na geração de potência nos automóveis europeus nos próximos anos é mostrada a seguir. Observe que nesta previsão, motores a gasolina e diesel continuarão a dominar o mercado no futuro.

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

Diesel

Gasolina

Combustíveis Gasosos

Frot

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al [%

]

Elétricos e Híbridos

1995 2000 2010 2020 2030

Possível cenário da evolução das frotas automotivas na Europa.

• A introdução da injeção direta e o progresso atual nas estratégias de gerenciamento de motores e nos sistemas de pós-tratamento de gases de escape asseguram que os ambiciosos objetivos estabelecidos pelos novos padrões de emissões e de consumo de combustíveis sejam atendidos sem sacrificar a flexibilidade, conveniência e prazer de condução que estamos habituados a desfrutar.

Hyundai: Motor Theta GDI (Gasoline Direct Injection)

• Paralelamente, espera-se que a quota de mercado de motores a gás - GLP e, em especial, o GNV ou gás natural - continue a aumentar, pois os motoristas consideram o desempenho deles similar ao dos motores convencionais, tem operação menos onerosa (desde que o atual nível de tributação seja mantida), e são mais amigáveis com o meio ambiente.

Fiat Siena Tetrafuel 1.4

GNV instalado pelo fabricante

Kia Picanto 2017

GLP instalado de fábrica

• Os carros elétricos, apesar da sua variedade limitada e custos elevados (quadro que não se espera que seja mudado nos próximos anos) tem mostrado ser uma solução adequada para a mobilidade urbana, sendo disponibilizados nos pontos de entrada da cidade onde os motoristas possam estacionar seu próprio veículo e contratar um carro elétrico para uso na cidade. A viabilidade desta solução tem sido mostrada através de iniciativas experimentadas em cidades europeias.

• As frotas de veículos pertencentes a órgãos públicos e empresas privadas também podem ser convertidas em frotas de veículos elétricos à bateria, sem que percam em eficiência e com vantagens significativas para o meio ambiente urbano.

• Por fim, enquanto os carros híbridos ou com células de combustível puderem oferecer emissões quase nulas e resolver o problema da gama limitada de carros elétricos, é improvável que o impacto dos “elétricos puros” altere radicalmente o cenário futuro devido ao custo deles.

• Entretanto, é importante ressaltar que estes representam a única tecnologia disponível para reduzir o consumo e as emissões a um mínimo, sem mudanças em nossa vida cotidiana.

• Uma estimativa prudente sugere que o total de veículos elétricos e híbridos deverá atingir uma parcela de 10% no mercado global até 2030.

Bibliografia

Giancarlo Genta, Lorenzo Morello, Francesco Cavallino, Luigi Filtri.

The Motor Car: Past, Present and Future, Editora Springer Dordrecht; 1a edição, 2014.

ISBN: 978-94-007-8551-9