Vídeo de apoio I

Produzido pela página virtual Olhar Digital, o vídeo a seguir retrata as principais diferenças dos carros elétricos e a combustão. Ele mostra de maneira geral o funcionamento e as características de cada motor. É um ótimo vídeo para introduzir o assunto que será aprofundado pelos parâmetros de comparação que postaremos em breve.  

Leitura de apoio I

Paralelamente ao desenvolvimento do trabalho, esse post tem como objetivo apresentar um conteúdo informativo de qualidade, que será utilizado pelo grupo como bibliografia para futuras postagens. O texto, anexado nesse post, está presente em uma matéria da revista Veja do dia 15 de abril de 2015 e aborda o tema baterias. Além de retratar o funcionamento das baterias, o texto evidencia a necessidade de aprimoramento das mesmas e a dificuldade para a realização de tal aprimoramento. Assim como esse texto, o grupo postará todo conteúdo de meios comunicação que nos auxiliará para a realização do trabalho. Dessa forma, esse post não compõem o desenvolvimento do trabalho e serve apenas para divulgação do material de estudo do grupo. 

Para ter acesso ao texto, clique aqui.

Funcionamento dos carros a combustão e elétrico

Funcionamento do carro a combustão

O motor movido à combustão interna é constituído por cilindros, que podem variar de 2, em motores 2 tempos de motos, até 6 em carros, e em carros especiais de corrida ou alta potência podem ter 12.

Esses cilindros possuem um pistão que possui o movimento livre, apesar de ser extremamente justo dentro do cilindro. Inicialmente o pistão desce e a válvula de admissão se abre, para que a mistura de ar e combustível, em proporções exatas,  seja injetada no cilindro.

Após a injeção da mistura, a válvula de admissão é fechada e o pistão retorna para cima, comprimindo a mistura. Quando o combustível atinge sua compressão máxima um sistema elétrico produz uma faísca para realizar a ignição. Essa faísca é produzida pois mesmo em alta pressão a mistura não entra em ignição a baixas temperaturas, então é necessária a faísca para realizar o processo de ignição.

Com a ignição realizado haverá o processo de geração de vários gases que se expandem rapidamente empurrando o pistão novamente para baixo. A força dos gases exercida sobre o pistão que o fazem descer é aproveitada pelo motor para fazer girar um conjunto de engrenagens.

Ao atingir a expansão máxima, uma válvula de escape é aberta para que os gases possam sair do cilindro. Depois disso o ciclo acontece repetidas vezes. A utilização de mais um cilindro torna o funcionamento mais eficiente, uma vez que cada pistão realiza o movimento alternadamente. Sendo assim, o movimento de um pistão para baixo auxilia a subida do outro pistão.

Esses pistões são acoplados em um sistema mecânico denominado virabrequim, que não só capta a força que eles exercem para utilização na geração de trabalho, como sincroniza o processo de geração de faíscas.

Rendimento:

Um grande problema encontrado atualmente por desenvolvedores de motores é o rendimento dos motores. Grande parte da energia introduzida no motor é “perdida”, e somente uma pequena parte é transformada em trabalho. O rendimento dos motores varia de 20% até em torno de 40%.

Esse baixo rendimento se dá, devido ao grande desperdício de energia gerado pelo motor. Esse desperdício é gerado principalmente pelo atrito das engrenagens do próprio motor, e pela perda de energia na forma de calor. Mas além dessas perdas, também há perdas no circuito de refrigeração e perdas no escapamento, devido a queima incompleta do combustível.

Sistema de ignição:

O sistema de ignição é responsável por criar uma faísca que será responsável pela combustão do combustível, uma vez que a compressão não é suficiente para que ele entre em combustão. Essa faísca é gerada por uma vela.

A corrente necessária para a ignição deve ter, pelo menos, de 40 a 60 mA e deve ter uma tensão de 12 000 Volts. O carro possui uma bateria que fornece 12 V, por isso é necessário um sistema que transforme esses 12 V em 12 000 V. Esse processo de transformação, inicialmente, era formado por um circuito elétrico com um transformador, no entanto, esse sistema evoluiu ao ponto de a ignição levar muita eletrônica.

No sistema elétrico, há uma bobina responsável pela transformação da voltagem. Essa bobina é constituída por um enrolamento de fios primários mais grossos, e um enrolamento de fios secundários mais finos que dão muito mais voltas. A relação entre o número de voltas do primário com o secundário é que determina a voltagem de saída.

Por exemplo, se o primário possuir 100 voltas e o secundário 100 000 voltas, a tensão será multiplicada por 1000. Assim, é possível transformar 12 V em 12 000 V. Porém, esse sistema só é possível quando a corrente que passa pela bobina varia. Para isso, existe uma chave que abre o circuito e fecha no momento em que a faísca é necessária.

Funcionamento do carro elétrico

A principal diferença do carro elétrico para com o convencional é que o elétrico ao invés de utilizar o motor de combustão interna,utilizar motores elétricos que são alimentados pela energia elétrica proveniente de baterias,são geralmente de íons de lítio e podem ser recarregadas por até 200 vezes,ou de reações químicas entre o hidrogênio e oxigênio.No caso dos carros elétricos alimentados somente pela energia elétrica armazenada em baterias,estas podem ser totalmente recarregadas em casa durante,em média,seis horas.

Quanto aos movidos a hidrogênio,o hidrogênio é armazenado em tanques feitos de fibra de Carbono para que se suporte a grande pressão exercida pelo hidrogênio.este reage com o oxigênio formando energia e a água como subproduto,essa eletricidade gerada pode ser utilizada diretamente pelo motor ou recarregar baterias reservas.

Em ambos os casos,o carro elétrico é muito silencioso,já que o motor elétrico,praticamente,não faz barulho.Existe também a vantagem de em situações oportunas como descer um morro,o motor pode ser utilizado como gerador de energia e recarregadas,um carro movido somente pela energia proveniente de baterias tem capacidade de percorrer apenas 100km sem ser necessário recarregar,no caso do movido por hidrogênio, 350km.

Eficiência energética:

Os carros elétricos possuem uma eficiência energética superior aos convencionais,pois a eficiência dos motores elétricos é muito maior do que todas as outras formas de propulsão em uso atualmente.Um motor de combustão interna,possui em média a eficiência de 25%.o que significa que,para 100 unidades de energia(gasolina ou diesel),apenas 25 vão realmente "fazer o carro se movimentar",os outros 75 são disperdiçados,principalmente através de atrito e calor.Motores elétricos puros,no entanto,têm uma média de 80% de eficiência(alguns chegam perto de 95%).

Bibliografia:

http://pt.wikipedia.org/wiki/Motor_el%C3%A9trico

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ve%C3%ADculo_el%C3%A9trico

http://www.newtoncbraga.com.br/index.php/como-funciona/7031-como-funciona-o-motor-a-explosao-ou-de-combustao-interna-art1344

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

Planejamento do grupo:

Para a próxima semana, de acordo com o cronograma do grupo, iremos começar o desenvolvimento do trabalho realizando a primeira análise comparativa. O parâmetro de comparação será o impacto ambiental.

Alunos responsáveis pela postagem acima: Lucas e Gustavo.

A história do carro a combustão e do carro elétrico.

A HISTÓRIA DO CARRO A COMBUSTÃO

O sistema moto propulsor de uma máquina é o responsável por produzir força motriz suficiente para gerar movimento. No automóvel isto não é diferente, pois o conjunto de peças que dão forma ao motor são as responsáveis por gerar, através de um movimento retilíneo, uma resultante de movimento rotativo.

O primeiro motor de combustão interna foi inventado e construído por Jean Joseph Étiènne Lenoir, engenheiro belga, nascido em 1822, em Luxemburgo.

Mais tarde, Nikolaus August Otto, nascido em 1832, na Alemanha, estudando os trabalhos de Jean, acabou descobrindo o valor da compressão da mistura de combustível e ar, antes de queimar na câmara de combustão, o que aumentava significativamente a força gerada pelo motor. A partir daí, surge à ideia do ciclo de quatro tempos de movimento do êmbolo (ou pistão), e nasce o Motor Ciclo Otto movido à gasolina.

Depois da sua criação o motor de combustão interna criado por Nikolaus August Otto atravessaria os séculos impulsionando as formas de tração mecânica. Com as ciências da antiga geração, do século XVII, foi que o homem buscou construir um mecanismo para gerar força de uma maneira automática, diferente de uma tração humana ou animal, e que pudesse levá-lo a grandes distâncias e certas velocidades maiores que as de seus passos.

Foi no ano de 1860 que a ideia de construir uma máquina que utilizasse o benzeno como combustível pode ser, seis anos mais tarde, em 1866, concretizada por um comerciante e interessado em ciências das mais diversas, Nikolaus August Otto.

De nacionalidade Alemã, nascido em Holzhausen an der Haid, Otto teve contato na época com outros inventores e cientistas que ao mesmo tempo, e até antes de Otto já trabalhavam em projetos semelhantes, pois na época, o motor a vapor já estava bem difundido entre eles. Inclusive com certa frequência já se via algumas embarcações nos rios e algumas locomotivas movidas pela pressão do vapor cruzando o território Europeu e Americano.

Nikolaus August Otto teve a ideia de construir um mecanismo, baseado no conjunto mecânico de pedal e manivela muito utilizado em serviços braçais e nas bicicletas, onde uma mistura de ar e combustível pudesse explodir e gerar força e movimento. Esse mecanismo foi projetado e construído para trabalhar em um ciclo de quatro tempos, daí o nome no motor que ficou conhecido como motor de combustão interna ciclo Otto.

O motor de Otto obteve inúmeras vantagens em relação ao motor a vapor. Uma delas é o baixo peso já que o motor a combustão interna não precisava de um reservatório de água para ser aquecida, muito menos um combustível para ser queimado e aquecer a água, sendo na época comum utilizar a lenha ou o carvão.

Outra vantagem era o baixo consumo de combustível, embora ainda sendo benzeno e um sistema de alimentação de combustível não muito eficiente, que se diferenciava dos motores anteriores, onde em poucos quilômetros ou em poucas horas de funcionamento queimavam um balaio de lenha.

A potência dos motores de combustão interna ciclo Otto também superava, em proporções de tamanhos, a do motor a vapor. Apenas a pressão do vapor empurrava os pistões e bielas para gerar força e movimento rotativo enquanto no motor de ciclo Otto, uma explosão de combustível, um poder térmico e um deslocamento de gases assumiam o papel do vapor com muito mais eficiência, gerando maior potência.

Quanto à utilização de gasolina, que antes de ser utilizada nos motores era um subproduto do petróleo jogado fora, passou a ser um combustível com mais poder de explosão e com um percentual de lubrificação, alimentando os motores, o motor de ciclo Otto aumentou ainda mais a sua potência e torque.

O motor de combustão interna ciclo Otto com todas essas vantagens, sendo mais leve e compacto, oferecendo mais versatilidade em comparação com os motores a vapor, logo se consagrou como a força motriz que se estenderia até os dias atuais nas mais diferentes aplicações que pudesse servir com a sua força de trabalho ao homem. Os automóveis, as embarcações, os ônibus, os caminhões, as máquinas de trabalho rural e de canteiros de obras, assim como na indústria em geral e até mesmo na aviação utilizam ainda o princípio de funcionamento, em motores de combustão interna, de 150 anos atrás.

A HISTÓRIA DO CARRO ELÉTRICO

Automóveis movidos a energia elétrica, diferente do que grande parte da população imagina, trata-se de uma tecnologia antiga e logo nos primeiros anos da indústria automobilística já havia sido desenvolvido veículos com essa propulsão. O primeiro protótipo foi construído na Escócia na década de 1830. A princípio esses veículos não se popularizam, porque as baterias não eram recarregáveis e a substituição constante delas encarecia a manutenção dos veículos. Só em 1890, já com baterias recarregáveis, foi desenvolvido um modelo com grande participação no mercado automobilístico, foi o primeiro carro elétrico de fato. Desde então, os carros elétricos foram ganhando mais espaço na sociedade, chegando a compor 28% dos veículos americanos em 1900.

Carro elétrico desenvolvido por William Morrison em 1890.

Entretanto, a ascensão dos veículos elétricos no mercado foi contida por Henry Ford, que desenvolveu o carro a combustão Modelo T e criou a filosofia de mercado que marcou o século XX, o fordismo. A partir de então, a participação dos carros elétricos na sociedade praticamente desapareceu.

Só na década de 1970, quando preocupações com a poluição e a elevação do preço da gasolina tomaram conta do cenário mundial, os carros elétricos voltaram a ser produzidos como alternativa de substituição dos carros a combustão. Dessa forma, governos e empresas passaram a estimular pesquisas para desenvolver os veículos elétricos, pois esses possuíam menor potência e autonomia, além da demora que existia para recarregar tais veículos.  Sendo assim, vários modelos foram criados da década de 1970 até o ano 2000. Destacam-se o EV1, produzido pela norte-americana General Motors de 1996 a 1999, e o modelo elétrico do RAV 4, produzido pela japonesa Toyota de 1997 a 2003. Esses modelos, porém, não alcançaram os níveis de vendas esperados.

General Motors EV1 sendo recarregado

Já no terceiro milênio, a Tesla Motors, empresa norte-americana, revolucionou o conceito de carro elétrico desenvolvendo modelos de alta performance que agradaram muito aos críticos automobilísticos. Além disso, as grandes empresas do setor passaram a desenvolver carros híbridos, que se locomovem através de motores de combustão interna aliados a motores elétricos. Sendo assim, os veículos elétricos passaram a ganhar maior participação no cenário mundial, apesar de ainda representarem uma porcentagem ínfima do mercado. Hoje, praticamente todas as grandes empresas do setor têm projetos de carros elétricos em desenvolvimento e que serão lançados nos próximos anos.

Tesla Roadster, carro de alta performance produzido entre 2006 e 2011.

Referências bibliográficas:

<http://www.infomotor.com.br/site/2009/01/historia-do-motor-a-combustao-interna-ciclo-%E2%80%9Cotto%E2%80%9D/>

<http://www.eumed.net/libros-gratis/2010e/827/Motor%20de%20Combustao%20Interna.htm>

<http://www.planetseed.com/pt-br/node/102394>

<http://super.abril.com.br/tecnologia/carros-eletricos-velocidade-limpa-447363.shtml>

Alunos responsáveis: João Marcos Toledo Rocha, Rafael Ferreira Carneiro.

PLANEJAMENTO DO GRUPO

Para a próxima semana o grupo decidiu concluir as postagens de introdução apresentando um texto que irá abordar o funcionamento dos carros movidos a combustão e dos carros elétricos.

Definindo os parâmetros.

Por se tratar de um projeto investigativo que busca comparar a eficiência de dois tipos de veículos automotores, há a necessidade de uma definição específica de quais serão os parâmetros de comparação a serem utilizados durante o trabalho. Portanto, essa postagem irá introduzir os aspectos que nortearão as futuras postagens do grupo. 

Nosso trabalho tem o objetivo de definir de uma maneira geral qual veículo é melhor: os movidos a combustão interna ou os elétricos. Dessa forma, faz-se necessário o estudo do maior número de parâmetros possíveis, pois só assim obteremos dados suficientes para a realização de uma conclusão no final do período. 

Sendo assim, os parâmetros de comparação definidos pelo grupo foram:

• Impactos ambientais
• Rendimento
• Economia
• Potência
• Mercado

Na próxima semana já iniciaremos as postagens de introdução, onde pretende-se mostrar o funcionamento dos carros a combustão e dos carros elétricos. Para isso, no dia 27/04 definiremos os responsáveis pelas pesquisas e pela próxima postagem no blog. 

Planejamento do trabalho

Definindo o tema

Nosso grupo, durante as aulas de Introdução a Prática Experimental, desenvolveu duas ideias para serem estudadas.

A primeira consistia em um projeto construtivo, cujo objetivo seria desenvolver um chuveiro em que fosse possível regular a quantidade de água a ser gasta no banho. Entretanto, após pesquisas feitas pelo grupo, encontramos produtos no mercado que já exerciam essa função, o que nos obrigou a descartar a ideia.

A segunda ideia se trata de um projeto investigativo, em que se faria uma análise comparativa entre os carros a combustão e os carros elétricos. Devido a impossibilidade de se desenvolver o projeto do chuveiro, o projeto investigativo será o abordado nesse semestre.

O escopo

Para concluir essa postagem, apresentaremos o escopo do trabalho a ser realizado:

1. Definição do problema ou situação geradora do projeto.

Quase todos os veículos automotores produzidos atualmente são movidos por combustão interna, entretanto, os motores a combustão são contribuintes para a poluição do ar, agravando o efeito estufa e causando danos à saúde humana e à natureza. Dessa forma, questiona-se quais são as dificuldades que impedem a popularização dos carros elétricos, além das vantagens e desvantagens desses em relação aos carros a combustão.

2. Justificativa do projeto.

Verificar, por meio de análises comparativas, se os carros elétricos são uma alternativa viável para substituir os carros a combustão, tendo em vista a grande quantidade de poluentes emitidos pelo mesmo.

3. Objetivo geral e específicos do projeto.

Traçar um panorama comparativo entre o carro elétrico e o carro a combustão, expondo as vantagens e desvantagens de ambos. Dessa forma, pretende-se analisar possibilidade e a viabilidade do carro elétrico como futuro principal meio de transporte.

4. Resultados esperados com a realização do projeto.

Uma análise comparativa detalhada e completa que permitirá a formação de um pensamento crítico a respeito do assunto. Dessa forma, os integrantes do grupo e as pessoas que acompanharem o blog do mesmo poderão ter acesso a um material de qualidade que possibilitará concluir quais são os fatores positivos e negativos dos carros movidos a combustão e dos carros elétricos.

5. Abrangência do projeto.

O projeto abrangerá a área de tecnologia com ênfase ecológica. O público alvo, além de todas pessoas que utilizam meios de transporte para se locomover, são todos os cidadãos que possuem interesse por ciência, tecnologia e ecologia.

Identificando o Grupo

O nosso grupo, que irá trabalhar junto durante o primeiro semestre de 2015 na disciplina Introdução à Prática Experimental, é composto pelos seguintes alunos:

Gustavo Viegas Rosa Santos Quadros

gustavo.viegas@hotmail.com

João Marcos Toledo Rocha

joaomarcostolrocha@gmail.com

Lucas Fernandes Gontijo Mesquita

lucasmesquita4196@hotmail.com

Rafael Ferreira Carneiro

rafa.carneiro1@hotmail.com