Além do visíveis e continuados descasos e comprovados desinteresses – por muitos anos e até o momento - pelos fabricantes mundiais de veículos e peças, impressionam muito os relatos, a seguir, sobre perdas e ineficiências motrizes em veículos movidos por combustíveis fósseis mais dos usos de seus combustíveis petrolíferos, ainda sujos e muito poluentes, mais de seus, “ESPERTOS/POSSÍVEIS ESPERTOS, fabricantes/distribuidores, inclusive de etanol e biodiesel.
Trata-se, introduzindo como base técnica, de estudo de 2015 por prof. do Dpto de Engenharia da Faculdade de Tecnologia de Moolakulam – ÍNDIA, publicado no “International Journal of Engineering Research & Technology” (IJERT) - ISSN: 2278-0181. Vide: “Kinetic Energy Storage and Recovery System using Torsion Spring” = “Sistema de armazenamento e recuperação de energia cinética usando mola de torção”
Comprovou-se que apenas cerca de 15% da energia do combustível que colocamos no tanque é usada para mover nossos veículos na estrada ou usar acessórios úteis, como ar condicionado. O restante da energia é perdido pelas ineficiências e marcha lenta do motor e da transmissão.
As perdas de energia SOMENTE no motor CHEGAM a 62,4% aos quais se somam perdas em marcha lenta: 17,2%; Acessórios: 2,2%; Perdas da transmissão: 5,6%; Arrasto aerodinâmico: 2,6%; Resistência ao rolamento: 4,2%; Superação de inércia MAIS perdas de frenagem: 5,8%.
OBVIAMENTE, OS GRANDES FABRICANTES DE VEÍCULOS MUNDIAIS (EXCETO OS DE ELÉTRICOS E A HIDROGÊNIO, ATUAIS) NUNCA SE PREOCUPARAM MUITO COM ISTO, POIS NÃO HAVIA PRESSÃO SOCIOAMBIENTAL. PELO CONTRARIO, AS MULTIS DOS COMBUSTÍVEIS SUJOS PARECE QUE SEMPRE SE DELICIARAM COM TAIS PERDAS. Só recente algumas montadoras gigantes internacionais (Mazda e Nissan, por exemplo), com a Mazda desenvolvendo motor a 2 tempos e com 25% menos de consumos e de peso = apenas 35 kg ante 150 kg dos convencionais bebedores atuais. Vide: https://naccar.com.br/2020/02/27/espanhol-inventa-motor-de-dois-tempos-que-promete-mudar-o-setor-automotivo/ . Contudo, talvez isso ocorra tardiamente antes os novos veículos elétricos e a hidrogênio bem mais modernos, eficientes, mais limpos e até um pouco sustentáveis, embora AINDA CAROS (vide mais inovações de veículos um pouco mais limpos e eficientes, ainda não sustentáveis, abaixo).
No Brasil, alguns diagnósticos também indicam que a maior parte dos veículos passou a consumir até 30% mais dos combustíveis misturados depois dos veículos flexfuel (etanol e/ou gasolina, esta já contendo boa parte em álcool anidro), o que encareceu muito, estratégica e espertamente, todos os nossos veículos e iniciou uma corrida maléfica por altos giros (HP), tudo a titulo de pretensa maior proteção e apelo socioambiental do etanol e do biodiesel (será ? ou, unidos, enganaram os Presidentes/Governos?), mas que seriam mais para ampliar as exportações em US$ e, principalmente, os preços internos dos veículos em R$. Na verdade, as exportações totais de veículos em unidades – não só de flexfuel - até ampliaram bastante até 2005, mas depois desabaram seguidamente. Contudo, tanto as importações de veículos, como de autopeças ampliaram mais do que as exportações no período.
´Ainda no tocante aos consumos elevados - e talvez até enganadores injustificados/bem-mau-planejados - dos flexfuel atuais, segundo professor da Faculdade de Engenharia da UNICAMP: “UMA DAS LIMITAÇÕES DO MOTOR FLEXFUEL (vide a seguir sobre acordo de 2013 da Peugeot com a FAPESP) É TER QUE FUNCIONAR BEM TANTO COM ETANOL, COMO COM GASOLINA, pois os dois combustíveis apresentam serias diferenças no tocante a resistência à detonação. Por isto, o motor flexfuel a fração a etanol não podia ser otimizado, pois diminuiria seu desempenho ao ser movido à gasolina. APESAR DE JÁ TER MELHORADO MUITO, O FLEXFUEL NÃO ERA OTIMIZADO PARA O ETANOL. ALIÁS, O FLEXFUEL NÃO ERA ÓTIMO NEM PARA GASOLINA NEM PARA O ETANOL.
Quase todos os fabricantes, infelizmente, já têm e ainda procuram por motores pesados - vide acima -, caríssimos e com elevados e claramente desnecessários altos níveis de HP, quase todos para se atingir (raramente na pratica) até 300 km/hora em País com estradas de má a péssima qualidade e que no máximo permitem rodar a 80 km/hora em média.
Recordando a época das eficiências, maiores adequações dos projetos e preços mais justos e acessíveis para muitos, quando desenvolvido em 1979, o Fiat 147 era equipado com motor de 1.050 cm³, com 55 CV e atingia 135 km/h de velocidade máxima, mas somente fazia 10,5 km/01 litro de álcool hidratado, o antigo etanol (o veiculo tinha o apelido de “cachacinha” e foi o primeiro do Mundo a utilizar álcool puro, surpreendendo e alertando/até amedrontando todos os fabricantes automotivos). Depois, a eficiência motriz da Fiat foi ampliada aos poucos, para até quase 15,0 km/litro de álcool puro já no Uno Mille e até 20 km/litro com gasolina pura nas estradas (vide https://www.noticiasautomotivas.com.br/carro-mais-economico-do-brasil-uno-mille-na-ponta/). Hoje, na prática operacional diária – não marqueteira nem de laboratórios - de frotistas, pelos elevados pesos mais com a alta complexidades dos motores flexfuel utilizados, veículos similares só fazem até 12 km/litro de etanol hidratado ou até 15 km/litro com gasolina tipo “C”, contendo 27,5% de álcool anidro. É sempre bom lembrar que, antes dos flexfuel, algumas “scooter”, como a Honda Elite - já com motor monocilíndrico, mas em 4 tempos - chegavam a fazer 50 km/litro de gasolina pura (sem álcool anidro). Depois, após Collor de Melo, a proposta de veiculo barato e popular (que ele chamava de “carroças”, mas que já eram muito baratos e bem mais adequados para o Pais até hoje) desabou e até a Fiat, pressionada fortemente pelos concorrentes mais, provavelmente, pelas poderosíssimas ANFAVEA, ANFAPE e FIESP, os execrou e os deteve, inclusive suas P&D.
AGORA que a maioria dos consultores externos sérios afirma que a economia do petróleo mais do gás natural mais do carvão e de outras energias insustentáveis socioambientalmente (inclusive etanol e biodiesel) somente persistirá por mais 30-50 anos, RESTA SABER O QUE O BRASIL MAIS SEUS FABRICANTES E SUAS MULTIS FARÃO COM TAIS VEÍCULOS GRANDES CONSUMIDORES MAIS COM TAIS MOTORES PESADOS E OUTRAS TECNOLOGIAS INSUSTENTÁVEIS, ALTAMENTE POLUIDORES E BEBERRÕES? (no Brasil, tudo isto ainda se trata de assunto “tabu” e “muito perigoso”). Também, é bom lembrar – desapaixonadamente, mas com “pés-no-chão”- que, embora considerados limpos, os veículos a etanol e a biodiesel não são considerados como sustentáveis, pois competem diretamente por grandes áreas de terras nobres (entre as melhores e mais férteis do Mundo) e que – segundos diversos analistas - poderiam ser bem melhores destinadas às produções, ambientalmente corretas, de muito mais alimentos para os povos e alavancando muito mais nossas exportações, desenvolvimentos regionais e melhores distribuições das rendas dos agronegócios.
Portanto, É GIGANTE O POTENCIAL IMEDIATO PARA MELHORAR A EFICIÊNCIA DE NOVOS MOTORES/VEÍCULOS, MESMO QUE AINDA SUJOS OU HÍBRIDOS OU DOS NOVOS A HIDROGÊNIO/SINGÁS E/OU, SOBRETUDO, A PARTIR DE NOVAS FONTES PARA GERAÇÕES ELÉTRICAS EFICIENTES, SUSTENTÁVEIS E BEM MAIS BARATAS, ESTAS PARA ELEVADÍSSIMOS USOS/CONSUMOS VEICULARES SUBSTITUTIVOS QUE COM CERTEZA OCORRERÃO (vide antes novo motor do inventor espanhol em 2 tempos muito mais leve acima e com melhor eficiência).
Desde 2013, num grande esforço BENÉFICO/NÃO ENGANADOR ambiental e automotivo mundial, a PSA Peugeot Citroen assinou Acordo, pé-no-chão e em andamento final, com as poderosas brasileiras FAPESP/UNICAMP/USP/ITA/IMT para desenvolverem, em conjuntos, motores a etanol puro bem mais econômicos (vide: http://agencia.fapesp.br/centro-de-pesquisas-em-engenharia-planeja-desenvolver-motor-a-etanol-com-melhor-desempenho/18076/). Pelo Acordo, e como parte do novo programa automotivo INOVARE, se o consumo de etanol reduzir em ainda modestos 18,8% haverá uma redução de 2% no IPI a ser pago. Vide: https://revistapesquisa.fapesp.br/2016/06/15/carros-menos-poluentes/
Recente, assumindo as necessidades de mudar realmente, radicalmente e quase tudo, a Nissan/Renault assinou parcerias, em separado, com a USP e a UNICAMP para desenvolverem carros elétricos movidos a etanol (células de combustível) até sem baterias. A proposta é de um carro elétrico sem baterias e que rodará 600 km com 30 litros de etanol (20 km/litro) vide em https://epocanegocios.globo.com/Empresa/noticia/2019/11/nissan-assina-parceria-na-usp-para-desenvolver-carro-eletrico-movido-alcool.htmle mais em https://autopapo.com.br/noticia/nissan-parceria-carro-eletrico-sem-bateria/..
Na verdade, muitas pesquisas e desenvolvimentos sérios de novas inovações tecnológicas nos veículos ou mecânicas ou robóticas veiculares - dentre inúmeras outras como disponíveis no site - já estão programadas em 2019 e 2020. Vide mais de 100 linhas de atuação pela M-bots Engineering Industry (http://www.mbotsprojectsindustry.com/ ) .vide listagem em http://www.micansinfotech.com/IEEE-PROJECTS-TITLE-LIST-2019-2020/MECHANICAL-PROJECTS-RESEARCH-PAPERS-TITLE-LIST.pdf .
Adicionalmente e por exemplo, numa analise aprofundada dos veículos atuais nota-se, facilmente, que grande quantidade de energia é perdida durante sua frenagem/travagem e igualmente grande quantidade de combustível é consumida para recuperar o seu estado cinético inicial, o que leva a menor eficiência de combustível para obter-se o mesmo desempenho.
ALÉM DE NOVOS MOTORES MAIS LEVES E MAIS EFICIENTES E IDEM DE TRANSMISSÕES, BENEFICAMENTE, MAS AINDA EM FASE INICIAL DE PESQUISAS E DE DESENVOLVIMENTOS, JÁ É POSSÍVEL UMA BOA RECUPERAÇÃO CINÉTICO-ELÉTRICA PELA FRENAGEM REGENERATIVA DIRETA, OBTIDA POR MOLAS ESPECIAIS REVERSORAS DOS MOVIMENTOS E ACUMULADORAS OU DO TIPO KERS.
Isso contrasta com os sistemas de frenagem convencionais, nos quais o excesso de energia cinética é convertido em calor por atrito nas lonas de freio e, portanto, desperdiçado.
O freio regenerativo (uma das 5 a 9 fontes internas, próprias, grátis e sustentáveis, previstas em meu pedido de patente de veiculo elétrico autoalimentável e 100% fora da tomada + 01 garagem captadora solar PV, externa e vazia para recarregar, também gratuitamente, 100% de bateria auxiliar/escamoteável/substituível de tal veiculo muito leve e com apenas 750 kg-850 kg, sendo 130 kg da bateria no piso) é um mecanismo de recuperação de energia que desacelera um veículo ou objeto, convertendo sua energia cinética em outra forma, que pode ser usada imediatamente ou armazenada até a necessidade de seu uso. Contudo, o uso atual do Sistema de Recuperação de Energia Cinética é limitado a veículos esportivos, devido ao, ainda, maior custo deste sistema.
Existem vários tipos de sistemas de frenagem regenerativa que diferem entre si de várias maneiras, uma delas é o elemento de armazenamento ideal de energia para cada caso, o elétrico e o mecânico.
O principal elemento de armazenamento mecânico neste sistema é uma mola espiral plana que armazena energia por compressão e torção. O uso da mola garante o armazenamento permanente de energia até ser novamente usado pelo motorista, diferentemente do atual sistema de regeneração em que a energia armazenada diminui com o tempo e acaba sendo perdida. A combinação de engrenagens internas e engrenagens (tipo um diferencial com suas planetárias) será usada para uniformizar e ampliar a liberação de energia, o que levará a seu uso seguro.
Na caixa de transmissão diferenciada (diferencial acima), a concentração cinética, isto é, é elevada e a relação de transmissão completa obtida na engrenagem final é 3,97 vezes superior à inicial, ou seja, se na roda externa (pneu) em frenagem há 01 rpm de giro, no sistema frenador recuperativo o giro final inercial e a deslocar é de 3,97 rpm (quase 4 vezes mais), o que demonstra a altíssima capacidade de mover um eixo gerador elétrico e, ao mesmo tempo, frenador.
O sistema de frenagem regenerativa comum ou o mais sofisticado e bem mais caro do tipo KERS (“Kinetic Energy Recovery Systems” ou Sistema de Recuperação de Energia Cinética), tanto pode ser usado para melhorar a eficiência de combustível, como para auxiliar a superar a inércia do veículo após a sua frenagem ou mesmo para fornecer a instantânea aceleração sempre que exigida pelo motorista.
Assim, o Sistema KERS armazena energia somente quando o veículo está em frenagem e a devolve quando o veículo acelera. Durante a frenagem, a maioria da energia cinética do veículo é desperdiçada pela conversão em energia térmica ou às vezes energia sonora que é liberada ao meio ambiente. Os veículos equipados com KERS podem aproveitar um pouco dessa energia cinética desperdiçada e também auxiliar o veículo na frenagem. Usando um mecanismo de ajuste, esta energia armazenada é convertida novamente em energia cinética, proporcionando impulso extra de energia para o veículo.
Há dois tipos básicos de sistema KERS, o elétrico e o mecânico e o fator de distinção entre eles é a maneira como convertem e armazenam a energia dentro do veículo. O Sistema KERS elétrico usa a bateria como elemento de armazenamento e requer um número de energia em conversão que resulta em perdas de energia. A eficiência geral de conversão de energia é de 31% a 34%. Já o Sistema KERS mecânico armazena energia em uma mola em espiral, eliminando as várias conversões de energia e fornece eficiência de conversão total superior a 90%, aproximadamente, isto é, três vezes maior do que a eficiência do sistema elétrico.
Na prática operacional do KERS mecânico, existem dois tipos de elementos de armazenamento de energia, sejam em volantes ou em molas SPRING. A mola é um elemento mecânico de armazenamento de energia que armazena a energia na forma de energia de tensão ou energia potencial elástica. Esta energia potencial elástica é a energia potencial armazenada como resultado da deformação de um objeto elástico, como o alongamento de uma mola. É igual ao trabalho realizado para esticar a primavera.
Existem diferentes tipos de mola disponíveis, como Mola de compressão (Mola helicoidal de bobina aberta), Mola de expansão (Mola helicoidal de bobina fechada), Mola de torção, Molas espirais etc. Na Mola de torção e Mola espiral, a força oposta é em termos de torque.
O sistema KERS da atual FORMULA 01 faz uso de mola de torção que é fácil de fabricar e comercialmente facilmente disponível e fornece o esforço de saída em termos de torque. A capacidade de armazenamento de energia da mola de torção difere do valor de resiliência da prova do material devido à sua forma geométrica.
A capacidade de armazenamento de energia é independente das características geométricas da mola.
Portanto, entende-se que, para maximizar a capacidade de armazenamento de energia da mola, não é necessário encontrar as dimensões ideais da mola de torção. Assim, decide-se selecionar a mola padrão disponível no mercado para o sistema KERS. Com essa mola selecionada, os experimentos devem ser conduzidos para encontrar a economia de combustível do motor IC, se o sistema KERS for adotado.
