Segundo parâmetro de comparação: Rendimento

Rendimento do carro a combustão

O rendimento de motores a combustão é dado pela razão entre a energia utilizada pelo motor e a energia fornecida ao motor. Essa razão em motores a combustão não possui um valor muito alto devido a grandes perdas de energia no próprio motor. Esse é um dos grandes questionamentos que se tem hoje em dia em relação a carros a combustão interna. Com isso cada vez mais se busca maneiras de se conseguir aumentar o rendimento dos carros.

Os motivos para esse rendimento são as grandes perdas de energia devido ao atrito, radiação de calor, combustão incompleta, entre outros. Isso ocorre, pois não é possível transformar toda a energia oferecida pelo combustível em trabalho, pois no processo de combustão há a liberação de calor, o que já implica em perdas de energia, além do fato de que há a possibilidade de acontecer a combustão incompleta do combustível.

No século de XIX foi proposto por um engenheiro francês chamado Nicolas Carnot, uma máquina térmica teórica que conseguia transformar toda energia que lhe era oferecida em trabalho, para provar, dessa maneira, que não era possível construir uma máquina com 100% de rendimento. Essa proposição estabeleceu um ciclo de rendimento máximo que mais tarde ficou conhecido como ciclo de Carnot.

Esse ciclo era composto por quatro processos:

L-M: o sistema recebe calor de uma fonte de aquecimento resultando em uma expansão de volume isotérmica.

M-N: sem haver troca de calor com a fonte térmica, o sistema sofre uma expansão adiabática.

N-O: o sistema oferece calor à fonte fria, e há uma diminuição em seu volume sem alteração da temperatura.

O-L: sem ocorre trocas de calor com a fonte térmica, o sistema sofre uma compressão adiabática.

No ciclo de Carnot, a quantidade de calor fornecida e quantidade de calor recebida são proporcionais às suas temperaturas absolutas, com isso:

|Q2| / |Q1| = T2 / T1

             Desse modo, o rendimento em uma máquina de Carnot é dado por:

Ƞ = 1 - ( |Q2| / |Q1| ), então, conclui-se que Ƞ = 1 - ( T2 / T1 )

Sendo:

T2: temperatura absoluta da fonte de resfriamento

T1: temperatura absoluta da fonte de aquecimento

Com isso, é possível perceber que para se obter um rendimento de 100% é necessário que a temperatura da fonte de resfriamento seja 0K, algo impossível para um sistema físico.

Tendo o ciclo de Carnot em vista percebe-se que um motor real perde energia devido às trocas de calor entre o sistema e as fontes térmicas. O que causa uma diminuição significativa no rendimento de qualquer tipo de motor real.

Porém, esse não é o único motivo para a diminuição do rendimento de motores. Também há perdas devido ao atrito. Essas perdas ocorrem, pois no próprio motor há a movimentação de algumas peças responsáveis pelo seu funcionamento, como o pistão. Porém, essas peças não se movimentam livremente, porque elas estão em um sistema fechado, o que as leva a entrarem em contato com outras, fazendo assim com que haja atrito entre elas. Com isso, parte da energia fornecida ao motor, que poderia ser usada para realizar trabalho e movimentar o carro, é utilizada somente para a própria movimentação do motor.

Além dessas perdas, também há a possibilidade de se ter uma perda com a combustão incompleta do combustível. Isso ocorre quando não é injetado ar + combustível em proporções exatas. Para que ocorra a combustão é necessário que tenha presença de O2 , e caso não tenha O2 suficiente somente parte da cadeia carbônica do combustível irá entrar em combustão. Caso isso ocorra, haverá um desperdício do combustível, pois parte dele será jogado fora no processo de escapamento.

Contudo, esse tipo de perda de energia é menor nos dias de hoje por causa da injeção eletrônica. Esse recurso calcula a proporção exata entre ar e combustível necessária para o melhor funcionamento do motor no momento. Desse modo, não há desperdício de combustível no processo de combustão.

Rendimento do carro elétrico

Carros elétricos enfrentam diversos problemas com baterias, já que para funcionarem de forma adequada e segura é necessária muita energia para resfriar o sistema para aumento do rendimento e para evitar possíveis explosões com o aumento da temperatura, isto necessita de muita energia que poderia ser utilizada somente para o funcionamento do motor.

Sobre a recarga das baterias é importante salientar que existem hoje duas formas de recarregar as baterias:  recarregar em casa ou em pontos públicos. Contudo, a Nissan e a Renault já estão providenciando, na Europa pontos onde se substitui a bateria por uma já recarregada, esse processo demoraria em média 3 min e seria realizado por robôs.

Atualmente, o carro que possui a maior autonomia é um modelo da Tesla Motors que possui capacidade de andar por 426km sem ser necessário recarregar a bateria e esta é recarregada em apena 4 horas. A bateria tem uma vida útil de 7 anos. O valor da versão mais simples do modelo está por volta dos 60 mil dólares.

Em 2012, cientistas da IBM afirmam ter resolvido um problema fundamental que poderá levar à criação de uma bateria capaz de dar a um carro elétrico uma autonomia de 800 quilômetros - o dobro da autonomia da maioria dos carros a gasolina ou etanol, porém estas baterias possuem uma vida útil muito baixa. A empresa A123 System também espera resolver esse problema com uma nova geração de baterias batizada Nanophosphate EXT que teria um também dariam aos carros elétricos alta autonomia.

Os carros elétricos possuem um rendimento alto já que o do motor elétrico em certos casos e circunstância chegam a ultrapassar os 90%. Em média um carro elétrico anda 11km por kW.


Alunos responsáveis:
Rendimento do carro a combustão - Gustavo
Rendimento do carro elétrico - Lucas

Bibliografia

http://www.damec.ct.utfpr.edu.br/motores/downloads/7_rendimentos.pdf

http://www.brasilescola.com/fisica/potencia.htm

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Termologia/Termodinamica/ciclodecarnot.php

http://www.elhombre.com.br/os-10-carros-eletricos-com-maior-autonomia/

http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=bateria-ar-litio#.VWC2mkZZrIU

https://tecnoblog.net/104657/carro-eletrico-bateria/

Planejamento do grupo

Seguindo o cronograma do trabalho, na próxima semana será abordado o parâmetro de comparação: Economia. O aluno responsável será o Rafael. É importante informar também a saída do João Marcos do trabalho. Por ter saído do curso, ele não participará mais do desenvolvimento do projeto.