13 - 10 de outubro

Nesta aula focamos na questão de eficiência energética do carrinho. Discutimos maneiras de evitar perdas de energia da bateria até as rodas. O desafio 10 encontra-se no fim desta página.

Para sabermos como aperfeiçoar o uso da energia, devemos primeiramente saber o que é energia.

Em física, energia é o potencial de trabalho armazenado em um sistema ou a capacidade de um sistema em realizar trabalho. Para realizar trabalho, você precisa de energia, a energia é como se fosse a ficha que liga a máquina. Existem várias formas de energia, por exemplo:

• Energia potencial: m x g x ∆H;

• Energia cinética: ½ x m x v² ;

• Energia elétrica: V x I x t;

• Energia térmica (aquescimento de placas solares), energia química (armazenada em combustíveis), energia radiante (energia fotovoltaica), etc...

Ou simplesmente potência x tempo: E=Pxt

Portanto, para verificar quanta energia é utilizada para a realização de um trabalho é necessário verificar quanta potência é consumida durante o tempo de execução do trabalho.

Entretanto, boa parte do trabalho realizado é feito por máquinas que apresentam perdas internas durante o seu funcionamento, fazendo com que uma parcela da potência fornecida na entrada da máquina não seja convertida em trabalho na saída da máquina, mas seja consumida pela própria máquina (no nosso caso, o veículo elétrico).

A relação entre a potência fornecida na entrada de uma máquina e a potência de saída da máquina convertida em trabalho é conhecida como rendimento desta máquina. (Figura 1 abaixo).

Quanto maior for o rendimento de uma máquina, maior será a utilização por parte desta máquina da potência na sua entrada para a execução de um trabalho na sua saída.

O rendimento de uma máquina completa é obtido pelo produto dos rendimentos de todos os estágios que compõem o sistema: fiação, inversor, motore, redutores, transmissões externas (sistemas de polia/ correia, fusos, etc.), ou seja, todas as partes envolvidas no processo de acionamento. Observe a figura 2 abaixo.

Os esforços no sentido de aumentar o rendimento do motor elétrico em 1% ou 2% são inúteis quando em um sistema mal projetado, por exemplo, temos:

• Um motor de alto rendimento superdimensionado (devido à curva característica de rendimento do motor);

• Utilização de transmissões externas de baixo rendimento como fusos, polia/correia, entre outros;

• Acionamento de bombas/ventiladores em sistemas com variação de vazão por obstrução do fluxo (válvulas e palhetas ajustáveis).

Em muitos casos esses sistemas podem representar perdas de eficiência maiores que 50 %.

Como em nosso caso não podemos alterar o inversor, motor e bateria, temos que investigar as perdas nos componentes que temos controle e acesso, como a fiação, transmissão, eixos e rodas.

Desafio 10 - Estime quanta energia que se encontra na bateria chega na roda. Isto corresponde a que nível de eficiência energética?

Para facilitar sua vida, lembre-se que a bateria está conectada por um cabo (cabo perde em torno de 1%) ao inversor (uma eletrônica de potência sofisticada que converter corrente contínua em alternada - este tem uma perda de 3%). Este inversor por sua vez leva a energia ao motor (tem uma perda de 25%), que leva a mesma para o eixo dele. Em seguida temos pelo menos 2 sistemas de redução (15% de perda cada) e finalmente o eixo da roda (5% de perda devido a atritos). Em cada sistema destes existem perdas.

Como a bateria tem 160Wh de energia, quanto desta energia realmente chega na roda?

Caso cada transmissão tenha 30% de perda, quanta energia chegaria na roda?

Em que componente do seu carrinho você focaria mais para eliminar perdas?

O que estas perdas significam na prática?

Abaixo alguns artigos que tratam do assunto de eficiência de um sistema e perdas em diferentes componentes.