Veículos Eléctricos

Em termos genéricos falamos de veículos eléctricos, híbridos ou de combustão interna, de acordo com a tecnologia de propulsão usada pelo motor. Como todos sabemos a tecnologia do motor de combustão tem sido a escolhida por mais de um século, seja por razões históricas – a revolução industrial – seja por razões económicas – o advento do petróleo como fonte de energia disponível, abundante e barata.

Os carros puramente eléctricos têm um único motor, movido a electricidade e possuem baterias para armazenamento dessa energia. São tipicamente considerados lentos, de pouca autonomia, mas de baixo consumo, não poluidores e silenciosos. Exemplos destes veículos são os carros de golfe, alguns veículos usados nos aeroportos, havendo contudo aplicações em carros e motas para uso quotidiano (em Portugal existe mesmo a Associação Portuguesa do Veículo Eléctrico, tal como em muitos outros países). Existem essencialmente quatro tipos de Veículos Eléctricos:
- Veículos Eléctricos a bateria (VE) »
- Veículos Eléctricos a Híbridos (VEH) »
- Veículos a Pilha de Combustível (VPC) »
- Veículos Eléctricos Alimentação Directa (VEAD) »

Em termos de eficiência energética os veículos eléctricos são sempre os líderes, já que o motor de combustão está limitado pelo limite de Carnot, (desenvolvimentos no uso de hidrogénio em motores de combustão evidenciam o aumento de eficiência: tema abordado mais adiante). A questão no entanto não se fica por este parâmetro como veremos.
» História
Os veículos eléctricos não são recentes, ao contrário do que se possa pensar. Os primeiros veículos foram desenvolvidos em França e Inglaterra nos finais da primeira década do séc. XIX (os americanos só mostraram interesse quase um século mais tarde, em 1895, mas 2 anos depois já havia uma frota de táxis eléctricos a circular em Nova Iorque).

A título de curiosidade: um dos primeiros modelos eléctricos – o Phaeton, da Wood, de 1902 – custava 2000 USD, tinha uma autonomia de 29 km e uma velocidade máxima de 22 km/h. O desenvolvimento da indústria automóvel foi enorme e no início do séc. XX já existiam veículos eléctricos, a gasolina e a vapor. Os veículos eléctricos eram os mais procurados dada a ausência de cheiro, vibrações, ruído e algo tipicamente americano – não necessitavam de mudanças (os veículos a vapor também não tinham mudanças, mas tinham outras desvantagens fáceis de imaginar e das quais destacamos a espera de 45 minutos para pegar o motor numa manhã fria). O preço normal dos carros na altura rondava os 1000 USD, mas os veículos eléctricos andavam pelos 3000 USD, em 1910, dado o nível de sofisticação do seu interior. A sua produção teve o seu pico em 1912. O declínio do veículo eléctrico deu-se com a melhoria das estradas e acessos que requereriam uma autonomia maior do que a simples e curta deslocação no centro das cidades e com a descoberta do petróleo no Texas que reduziu o preço da gasolina. Charles Kettering, em 1912, inventou a ignição eléctrica, eliminando assim a necessidade de “dar à manivela”. Henry Ford iniciou a produção em massa de veículos de motor de combustão interna e a vendê-los a preços entre os 500 e os 1000 USD, enquanto o preço dos veículos eléctricos continuava a aumentar.

O desaparecimento do veículo privado eléctrico desapareceu por volta da década de 1930 e ressurge apenas nas décadas de 1960 e 1970 com a crise do petróleo e consequente necessidade de encontrar alternativas ao uso da gasolina. A evolução até ao presente tem sido em grande parte fomentada pelos tratados, regulamentos e medidas internacionais para a redução das emissões de gases de efeito estufa e mais recentemente com as políticas de desenvolvimento sustentável.

Os veículos híbridos apareceram também como alternativa imediata, já que reduzem o consumo de gasolina e ao mesmo tempo continuam aos “olhos do público” a ser a mesma coisa, sem grandes necessidades de adaptações ou alterações.

» Eficiência Como foi explicado não se trata de uma equação simples: autonomia, velocidade, combustível, armazenamento, benefícios fiscais, inércia legal, economia de escala, entre outros. Qual dos caminhos vai ser seguido? Não sabemos... no entanto tal como nas renováveis, o mix dos híbridos e de células de combustível será o futuro mais próximo e a economia de base em hidrogénio o futuro. O foco deveria ser no consumo e nas emissões para os veículos híbridos e não a sua velocidade máxima ou aceleração. Os governos deveriam aprovar leis para a conversão progressiva para os híbridos e ao mesmo tempo canalizar as verbas para o desenvolvimento da economia com base em hidrogénio estudando como obter hidrogénio de uma forma limpa.
Temos pena que os incentivos para veículos híbridos e de baixo consumo (abaixo dos 6 L / 100 e reduzindo para 5 em 2 anos) não existam na Europa (ao contrário dos EUA), pois decerto dariam a vantagem competitiva em relação aos tradicionais. Assistimos ainda à cultura dos “aceleras” e não dos cidadão conscientes e responsáveis. Os filmes continuam a mostrar carros velozes e poluidores; as nossas crianças crescem a querer um carro veloz, o que só por si augura um futuro complicado para as tecnologias amigas do ambiente, cujos objectivos são muito mais latos e os impactos muito mais profundos.

Veículos Eléctricos » Veículos Eléctricos a bateria (VE)

Os Veículos Eléctricos a bateria consistem essencialmente em veículos equipados com um conjunto de baterias, carregado por energia da rede eléctrica a qual é fornecida a um motor eléctrico, que transforma a energia eléctrica em energia mecânica, movimentando a viatura.

Nesta categoria destacamos os veículos eléctricos de curto alcance (neighbourhood electrical vehicles) e os urbanos. A diferença entre eles prende-se com a categoria burocrática a que pertencem e consequentemente o seu enquadramento legal. Falamos dos primeiros quando nos referimos aos carros dos campos de golfe, carros de malas e sinalização nos aeroportos – basicamente têm velocidades de 30 a 40 km/h e só podem ser utilizados em estradas com limites inferiores de velocidade correspondentes.

Em termos empresariais e atendendo à subida dos preços do petróleo, torna-se um excelente investimento apostar nestes veículos para entregas, deslocações dentro de faculdades, parques industriais e empresariais ou mesmo em pequenas zonas.

Os veículos eléctricos urbanos têm velocidades da ordem dos 100 km/h e alguns podem já ser testados nas mesmas plataformas que os veículos convencionais e com os mesmos standards. A sua autonomia ronda os 80 km e ajustam-se assim a deslocações nos centros das cidades. Nos Estados Unidos existem propostas para requisitos mínimos com vista a certificar estes veículos, tais como acelerações mínimas – dos 0 aos 45 km/h em 8.5 s – a autonomia mínima de 45 km, já que os padrões actuais são por vezes de difícil aplicação a este tipo de veículos.

Não há dúvidas relativamente ao benefício do uso deste tipo de carros a nível mundial, já que a redução do ruído e poluição nas cidades a par da poupança em combustíveis fósseis seriam por si só motivos mais que suficientes para fomentar o seu uso. A semelhança das bicicletas de uso citadino (“bugas” em Aveiro, por exemplo) podíamos ter carros eléctricos em que se pagaria o seu consumo e permitiria pequenas deslocações à medida das necessidades de cada cidadão e ao chegar ao destino seriam deixados para o próximo utilizador (situação óptima para ir às compras!). Aconselhamos a consulta do site w*w.swedetrack.com que transmite uma ideia bastante interessante (e algo ambiciosa) para resolver o problema da autonomia dos veículos eléctricos.

- Redução do ruído
- Menor consumo
- Eficientes a qualquer velocidade
- Arranque suave
- Dispensa embraiagem e caixa de mudanças

- Autonomia limitada entre os 90 e 150 Km
- Velocidade limitada (inferior a 120 Km/h)

Veículos Eléctricos » Veículos Eléctricos Híbridos (VEH)

Os Veículos Eléctricos integram duas fontes de energia num único veículo, combinando um veículo a combustão convencional com um veículo de motor eléctrico. A bateria armazena a energia eléctrica produzida pelo motor de combustão, fornecendo-a ao motor eléctrico que a transforma em energia mecânica. O motor de combustão, que tem como fonte um reservatório de combustível, pode accionar o gerador que carregar a bateria ou accionar directamente as rodas.

Este tipo de veículos combinam características positivas dos veículos com motores de combustão internas como a autonomia e a disponibilidade de potência, com características de motores eléctricos como menor ruído, gestão da potência, menor consumos e re-aproveitamento da energia.

Os veículos híbridos têm sido a aposta contínua dos fabricantes japoneses e tanto os europeus como os americanos não tinham modelos até bastante recentemente. A aposta tem sido no desenvolvimento das células de combustível e não em tecnologias híbridas.

Estamos a falar em termos de desenvolvimento, de algoritmos ou de motores inteligentes que saibam optimizar e tirar partido das duas fontes de combustível. Infelizmente a preocupação com a velocidade e a aceleração têm conduzido os novos modelos a serem cada vez mais rápidos e mais parecidos com os veículos tradicionais, traduzindo-se assim numa estagnação em termos dos valores de emissão e de consumo. A meta dos 2 a 3 L / 100 a par de emissões abaixo dos 100g/L deveriam já ter sido atingidos, mas continuamos a não ver estes valores a serem atingidos.

Comercialmente e do ponto de vista do consumidor privado, os híbridos têm ganho algum reconhecimento, dado a poupança no consumo de gasolina e gasóleo, já que os preços do gasóleo dispararam também. Salienta-se que as estrelas de Hollywood parecem ter acordado para as preocupações ambientais e em vez de Range Rovers, a actriz Cameron Diaz possui um modelo Toyota Prius (com o interior todo customizado!!!) e diz-se muito satisfeita com o veículo.

Nos EUA a compra de veículos híbridos beneficia de abatimentos no IRS: 2000 USD em 2005 e 500 USD em 2006. Vários estados têm benefícios programados para a aquisição destes veículos desde que demonstrem uma redução no consumo e nas emissões (cada Estado define o seu e atendendo ao conhecido estilo americano valores de consumo abaixo dos 10 L / 100 são tidos como elegíveis para obter benefícios fiscais).
Para fecharmos o tema das veículos híbridos, é interessante referir os veículos pesados híbridos – a sua utilização no transporte de mercadorias poderia traduzir-se numa real redução de custos para as empresas de camionagem bem como ao nível dos transportes públicos (citadinos ou de longo alcance). O baixo preço do diesel a nível europeu, quando comparado com o da gasolina, levou a que os investimentos tenham sido feitos em veículos a diesel em detrimento dos híbridos. Neste momento está-se já a pagar caro esse erro.

Uma combinação bastante interessante (tanto em pesados como em veículos normais) são os híbridos a gás, já que a redução das emissões do gás em relação à gasolina/diesel são conhecidas e por outro lado o veículo híbrido ao utilizar a sua parte eléctrica diminui ainda mais as emissões e o consumo.
» Tipos
Existem essencialmente três tipos de Veículos Eléctricos Híbridos:

- Série: o motor a combustão acciona o gerador para gerar energia eléctrica, e o gerador pode tanto carregar as baterias ou alimentar um motor eléctrico que acciona as rodas.
- Paralelo: a unidade de conversão e o motor eléctrico estão ligados directamente às rodas do veículo. Normalmente, o motor primário é usado e o eléctrico fornece o extra em subidas, acelerações e outros períodos de maior necessidade.
- Split: Existem também veículos que usam as duas configurações, sendo a primeira para condução na auto-estrada (dado o baixo consumo e a maior eficiência do motor de combustão) e a segunda configuração para condução a baixas velocidades.

» Tecnologia
Algumas das vantagens dos veículos híbridos tem como base as seguintes tecnologias:

- Travagem regenerativa: ao travar o veículo ou em descidas, as rodas passam a fornecer energia ao motor eléctrico, o qual funciona como um gerador fornecendo energia eléctrica às baterias.
- Paragem automática: quando o veículo está imobilizado ao ralenti, o motor desliga-se “consumo 0”, ligando-se automaticamente quando se acciona o acelerador ou engrena uma mudança. A economia de energia e tanto mais significativa quando efectua percursos citadinos.
- Assistência à tracção: no caso de maior necessidade de potência como numa ultrapassagem ou subida acentuada, o motor eléctrico fornece a potência adicional. Em casos de funcionamento em regimes de baixa velocidade, o motor eléctrico fornece toda a energia para movimentar o veículo, uma vez que os motores de combustão interna são menos eficientes nos baixos regimes.
» Vantagens - Economia de 30% a 50% no consumo de combustível.
- Redução na emissão de poluentes na atmosfera.
- Flexibilidade de usar combustíveis a base de petróleo ou alternativos.
- Redução do ruído
- Maior autonomia

Veículos Eléctricos » Veículos Eléctricos a Pilha de Combustível (VPC)

Este veículos tem como fonte de energia a energia eléctrica produzida por uma pilha de combustível.

Os veículos a células de combustível são veículos eléctricos na mesma, independentemente da tecnologia utilizada nas pilhas de hidrogénio bem como na extracção deste a partir do combustível utilizado. Estes veículos funcionam a hidrogénio puro e produzem electricidade, com a emissão de vapor de água, para fazer mover o veículo.


» Tecnologia
As pilhas de combustível são sistemas electroquímicos que convertem a energia de uma reacção química directamente em energia eléctrica, libertando calor. Funcionam como as baterias primárias, mas tanto o combustível como o oxidante são armazenados externamente, permitindo que a pilha continue a operar desde que o combustível e o oxidante (oxigénio ou ar) sejam fornecidos. Cada pilha consiste num electrólito entre dois eléctrodos (o ânodo e o cátodo).

O combustível é oxidado no ânodo, libertando electrões que se deslocam através de um circuito externo para o cátodo. O circuito é completado através de um fluxo de iões através de um electrólito, separando o combustível e o oxidante. Tipicamente verifica-se uma tensão de saída de 0.7~0.8 V, com potências de saída na ordem dos 100 W. As células são montadas em módulos – stacks – e ligadas electricamente tanto em série como em paralelo para aumentar a tensão e potência de saída. Além do stack, os outros componentes principais são o processador do combustível e o limitador de potência. O processador converte gás natural, metanol, gasolina, biogás num combustível rico em hidrogénio. O electrólito classifica os tipos de pilhas de combustível existentes: PEFC – Polymer Fuel Cell (pilha de polímero), AFC – Alkaline Fuel Cell (pilha alcalina), etc. Tendo cada tipo uma temperatura característica de operação, bem como obviamente um espectro de utilização diferente.
» Vantagens - Poluição local 0
- Redução do ruído
- Menores custos de manutenção » Desvantagens
O hidrogénio como combustível do futuro para os veículos tem sido veiculado pelos media e pelos grandes construtores, mas existem vários problemas de ordem técnica, antes de podermos ter esse cenário:

- produção de hidrogénio: os combustíveis fósseis não podem ser a solução e para que as renováveis o sejam, necessitamos de mais investimentos.
- armazenamento do hidrogénio: os - 250º C a que o hidrogénio tem de estar para ser líquido levanta grandes dificuldades no seu armazenamento nos veículos.
- distribuição do hidrogénio: não há bombas de hidrogénio em quantidade suficiente, nem sequer um conceito standard ainda.

Os protótipos de veículos a células de combustível sucedem-se, frotas para empresas públicas e privadas estão já em testes, autocarros circulam já nas cidades europeias, norte-americanas e japonesas. O problema é o combustível inicial!

Recentemente começou-se a tentar usar hidrogénio nos motores de combustão interna – integralmente ou em misturas com gás natural comprimido. As vantagens são: a diminuição das emissões, aumento da vida do motor, não necessitam de aquecimento e são muito mais eficientes – até 25% mais. Por outro lado o facto do hidrogénio poder vir misturado com gás natural deixa a porta aberta para poderem ser utilizadas as bombas de gás (GPL) já existentes. No entanto a questão da obtenção do hidrogénio tem de ser resolvido.

Veículos Eléctricos » Veículos Eléctricos de Alimentação Directa (VEAD)

Esta categoria ou tipo de Veículos Eléctricos tem como característica principal a alimentação directa do motor eléctrico, i.e., não existe combustível ou acumulação de energia no veículo.

Podemos agrupar nesta área diferentes veículos como os troleicarros, os eléctricos, os metros e os comboios.



» História dos Troleicarros
Herbert von Siemens e Johann Georg Halske em Outubro de 1947 fundaram a “Telegraphen-Bau-Anstalt von Siemens & Halske” com base na ideia de instalarem telégrafos como forma de comunicação acessível a todos. A empresa cresceu tão rapidamente que a expansão para outras áreas da engenharia electrónica seguiu-se e em 1881 a empresa instala na periferia de Berlim o primeiro “electrobus” do mundo. Este equipamento tratava-se de um pequeno autocarro eléctrico de fraca capacidade que recebia a corrente de uma linha aérea. O principal problema era a sincronização entre a corrente da linha aérea e a necessária pelo veículo.
A partir desta experiência e tendo em conta a evolução dos outros meios de transporte a energia eléctrica foi ganhando adeptos e tal como os veículos eléctricos privados no início do século XX, os autocarros eléctricos com alimentação aérea aumentaram e progrediram até que os preços do petróleo caíram e os da electricidade mantiveram-se.
Em França, em 1922, na linha dos eléctricos – tramway – de Enghien-Montmorency começaram a ser colocados trolleybus como experiência que depressa evolíu para a criação de uma linha em Paris, levando a França a aderir a esta tecnologia.
Dada a manobrabilidade dos trolleybus em detrimento dos eléctricos que andavam pelos carris fixos, várias cidades Europeias converteram-se – na Grã-Bretanha, França, Polónia, Espanha e mesmo Portugal – e mesmo nos EUA, onde a conversão estava já a ser feito em grande escala por volta de 1930s. Várias empresas surgiram, como a VETRA em França. A situação no Leste da Europa foi diferente e não se apostou nesta tecnologia. Digamos que para redes pequenas, tipicamente no interior das cidades o trolleybus era considerado o mais indicado e para redes maiores, nas periferias das cidades o eléctrico era ainda o meio utilizado, presumivelmente pelos custos dos investimentos feitos e pela ausência de problemas de tráfego.
Em 1954 as linhas de trolleybus começam a decrescer e as empresas até então altamente bem sucedidas desaparecem e só com o choque petrolífero de 1973 se voltará aos trolleybus, devido ao facto de a electricidade poder ser produzida a partir de outras formas para além do petróleo.
Todos conhecemos a evolução do uso do petróleo e dos veiculos eléctricos colectivos que se reduziram a metros, metros de superfícies, eléctricos, elevadores e comboios. Os trolleys podem ser encontrados ainda a funcionar em Coimbra e em poucas cidades Europeias e pelo mundo fora: Shanghai por exemplo tem o sistema de troleicarros (termo português usado pela primeira vez em 1932, quando se pensou introduzir os trolleybus em Moçambique) mais antigo ainda em funcionamento: desde 15 de Novembro de 1914.
Em Portugal os troleicarros estão presentes desde 1947 e os 55 anos foram comemorados pela Associação Portuguesa dos Entusiastas por Troleicarros em 2002 em Coimbra.



» Tecnologia Não existe nenhuma tecnologia especial usada pelos troleicarros. São simplesmente movidos por um motor eléctrico em que a alimentação não está no interior do veículo. Imagine-se que no sítio da bateria existem apenas os polos e esses polos estão ligados à massa e à corrente (tipicamente 600 to 700 V CC). Daí as duas configurações: um fio ou dois fios, em que no primeiro caso a massa está no chão e o fio no ar tem a corrente e no segundo estão ambos no ar. Existem várias formas de se conectarem os troleicarros às linhas aéreas, das quais destacamos a seguinte:

Esta obviamente usada em hastes fixas e que sejam sustentadas pelo troleicarro, mas também temos aquelas que ficam suportadas no/s fio/s aéreo/s (tipo light rail ou não). Questões importantes são como curvar e agulhar o troleicarro na nova linha aérea e para isso existem um conjunto de soluções: desde sistemas electrónicos ligados aos sinais do troleicarro (pisca para a direita, agulha para a direita...) passando por sistemas de possibilidades mistas em que se pode continuar em frente ou curvar e até sistemas de desligar a energia significando uma mudança de direcção agulhando para outra linha.

Veículos Eléctricos » Veículos Eléctricos de Alimentação Directa (VEAD) cont.

A última geração de troleicarros inclua até motors a diesel para eventuais falhas no abastecimento, mas nesse caso a haste era recolhida e o troleicarro passaria a ser um autocarro normal. Aí entramos nos veíulos híbridos.

O light rail referido margialmente acima trata-se de uma sistema semelhante ao metro de superfície, mas a massa está nos carris e a corrente no ar, a haste acenta na parte superior da linha aérea e as molas conferem-lhe a aderência necessária.

» Vantagens e Desvantagens
Nos troleicarros podemos apontar as seguintes vantagens:
- emissões directas zero, já que funcionam inteiramente a energia eléctrica.
- possibilidade de emissões zero se a energia eléctrica for gerada a partir de fontes renováveis.
- baixo teor de ruído – travões eléctricos reduzem o “xiar”.
- eficiência de motor eléctrico – não há necessidade de estar a consumir quando está parado e se o veículo estiver equipado com a travagem regenerativa até fornece energia à rede de abastecimento.
- manutenção mais barata, porque não têm necessidade de revisões mecãnicas tão intensivas com os autocarros com motores de combustão interna.
- vida longa – duram até 30 anos contra 20 de um autocarro a diesel
- tecnologia com provas dadas – mais de 80 anos de uso.
- independência dos preços do petróleo, já que a electricidade poderá ser gerada a partir de outras formas. Como desvantagens podemos apontar:
- o custo dos troleicarros é 1.5 vezes superior ao dos autocarros a diesel
- a rede de abastecimento é bastante cara
- as rotas são limitadas às zonas onde hajam linhas aéreas
- se houver algum problema com a infraestrutura de abastecimento, o sistema pode não funcionar
Como o leitor pode comprovar a extinção das redes de infraestrutura no Porto, em Lisboa e noutras cidades europeias foi tudo menos uma boa medida. Os custos dos combustíveis, a poluição gerada, o ruído dos motores de combustão interna provam que a solução original de andar a electricidade era muito mais acertada e extender de novo a rede é impensável.

Em termos estéticos e de enquadramento na cidade, a vantagem de termos uma cidade sem poluição se sobrepõem de maneira muito mais significativa ao facto de termos ou não fios no ar. E acrescente-se que em termos turísticos é muito mais interessante viajar num eléctrico no que num autocarro de combustão interna.
» Alternativas Os troleicarros competiam com os eléctricos de carris, mas usavam a mesma tecnologia para se abastecerem, por isso a solução inicial de redes locais e de periferia funcionava toda com a mesma base. Nos dias de hoje os metros de superfície estão a levar o velho eléctrico à extinção e o autocarro a diesel está a dar lugar ao autocarro híbrido, a gás natural e ao movido a celulas de combustível – hidrogénio. Em termos de eficiência o motor eléctrico ganha e portanto é a solução a utilizar. A fonte de energia para o abastecimento eléctrico deve provir de um mix híbrido com base no biodiesel ou gás natural no curto prazo, biogás no médio prazo e hidrogénio puro no longo prazo. Os troleicarros serão provavelmente peças de museu até ao dia em que a electricidade de fontes renováveis esteja disponível em quantidades necessárias para que o investimento nas linhas aéras compense a poupança em combustível fóssil.

Caro colega.
Parabéns pela boa explicação que tem sobre estes veiculos.
Gostava de deixar aki 2 nomes de carros completamente eléctricos que superam as espectativas.
Venturi Fétish, e Tesla.
Carros que vão dos 0 as 120Km/h em 4 segundos e tem uma autonomia de +/- 300Km.

Façam uma busca e logo os encontram, e façam uns comentários!

Atentamente:
Bloodkable