Sabe realmente como é o motor elétrico do automóvel? Se não sabe… leia e aprenda!
14/05/2021
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Sabia que os motores elétricos são mais antigos que os propulsores descobertos por Nicolaus Otto e Rudolf Diesel? Sabe que motor é que tem o seu carro híbrido ou elétrico?
Parede que passamos a fronteira para o Cazaquistão quando nos falam de motores assíncronos, síncronos ou com íman permanente. Quando olha para as fichas dos ensaios do AUTOBLOGUE e olha para estes termos, confesse!, fica com aquela sensação de “burro a olhar para palácio” verdade?
Se lhe falar em bielas, pistões, cambota, veio de excêntricos ou colaça (ou cabeça do motor), ah! fica muito tranquilo e sabe do que se fala!
Caro amigo e leitor, comece a habituar-se a estes termos, pois, não falta muito para que a maioria dos carros seja híbrida ou 100% elétrica. E comece a ter de fazer contas ao consumo não em litros por cada centena de quilómetros, mas aos kWh por cada cem quilómetros.
E aposto dobrado que não faz a mínima ideia sobre o que significa consumir 16 kWh/100 km ou 32 kWh/100 km. Não se preocupe, vamos todos voltar aos bancos da escola e explicar-lhes tudo, mas mesmo tudo, sobre o admirável mundo da mobilidade elétrica!
“BACK TO SCHOOL”
Pois é, vamos lá voltar a limpar os bancos da escolha com os fundilhos das calças. Primeiro? Uma aula de história!
Em 1881, Gustave Trouvé apresentou o primeiro carro elétrico e 20 anos antes da chegada do Ford T, Thomas Parker e o alemão Andreas Flocken surgiram com os seus modelos.
Aliás, o “Flocken Elektrowagen” de 1988 de Flocken é considerado hoje o primeiro carro verdadeiramente elétrico a ser lançado.
Porém, as baterias não eram recarregáveis e esgotavam-se facilmente, pelo que o sucesso da ideia foi contido.
A verdade é que o carro elétrico era o preferido dos utilizadores no final do século 19 e início do século 20, tendo mesmo chegado a existir a rolar mais de 30 mil veículos elétricos.
Tudo mudou, finalmente em 1859. Graças a um francês, Gustave Planté, que inventou as baterias recarregáveis com chumbo e ácido, o automóvel elétrico ganhava interesse.
Com essas baterias, os carros elétricos ganharam peso entre as populações e a paixão pela velocidade picou de forma decisiva Camille Faure, um belga que fez um carro em forma de obus – chamava-se “Le Jamais Contente”. Foi o primeiro carro a ultrapassar os 100 km/h em 1899.
Parecia que a eletricidade tinha tomado conta da mobilidade das populações, mas Henry Ford tinha outras ideias e o seu Ford Model T com a produção em massa dominou o mercado, ofuscou outras ideias e o os carros elétricos foram atirados para a prateleira da memória.
Feita a aula de história, vamos à aula técnica!
Há três modelos de motor elétrico: síncrono de imanes permanentes, síncrono de bobina e motor assíncrono ou de indução.
O motor síncrono de íman permanente é o mais utilizado na indústria automóvel. Neste motor, os imanes permanentes estão integrados no rotor. É denominado síncrono porque o campo magnético do rotor é independente do campo magnético do estator (a “luva” onde entra o rotor e onde roda através do campo magnético). Quando o campo magnético do rotor tenta acompanhar se alinhar com o campo magnético do estator, o rotor adquire velocidade proporcional à frequência de alimentação do estator e acompanhar o campo magnético gerado por este. Porém, o rotor não é alimentado.
O aumento ou diminuição da carga não afeta a sua velocidade e se a carga ultrapassar os limites nominais do motor, este simplesmente para. É um motor que obriga a utilização de matérias primas raras como o neodímio ou o disprósio.
O primeiro foi descoberto por Carl Auer von Welsbach em 1885, não é encontrado como elemento livre, exige mineração e pertence á denominação “Terras Raras” (ou metais de terras raras). É bastante reativo, endurece em contacto com o ar e é usado nos imanes permanentes. Entra facilmente em combustão e é explosivo.
O segundo foi descoberto por Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran é uma matéria prima rara encontrada em minerais e tem propriedades excelentes de absorção de temperatura. Não é encontrado como elemento livre, exigindo mineração. Também pertence á denominação “Terras Raras” (ou metais de terras raras)
Estes e outros materiais raros servem para melhorar as performances do campo magnético constante do motor elétrico.
Entre as vantagens deste motor está o facto do rotor não ser alimentado sendo os impulsos da bobina do estator que geram a rotação. Do lado menos positivo está a necessidade de usar um pequeno motor auxiliar para o colocar em funcionamento. Apesar disso, o motor síncrono de imanes permanentes é compacto, leve, fácil de refrigerar e de controlar. E oferece binário imediato e constante pelas suas características.
No motor síncrono de rotor com bobina, este assegura a função de um electro íman (por vezes é uma bonina de cobre) participando na criação do necessário campo magnético. A velocidade de rotação deste motor de excitação independente está intimamente ligada à quantidade de eletricidade que chega ao motor.
Finalmente, o motor assíncrono, ou de indução. Pouco utilizado, é um motor cujo rotor inclui um electro íman com barras de cobre condutoras de energia. Está em rotação permanente sem nunca igualar o ritmo do campo magnético do estator. É uma solução simples, robusta e compacta, não usa materiais raros, mas tem uma eficiência inferior aos motores síncronos. Exige um controlador e uma eletrónica poderosa, mas muito bem calibrada. É usado pela Tesla no Model S e no Model X.
MOTOR ELÉTRICO MENOS COMPLICADO
Para lá das questões ecológicas, o motor elétrico tem uma enorme vantagem sobre os motores de combustão interna: muito menor complexidade tecnológica, menos componentes e uma manutenção simplificada. Estas são as vantagens da motorização elétrica.
Evidentemente que a maior desvantagem é a energia necessária para funcionar que não pode ser convertida no estado líquido, necessita de armazenamento. E aqui está o calcanhar de Aquiles. Mas sobre as baterias o AUTOBLOGUE vai-se debruçar em outro artigo que não deve perder.
Ou seja, a tecnologia das baterias – nomeadamente as de estado sólido – e que tem de avançar mais depressa. Porque um motor elétrico e muito mais fácil e barato de desenvolver, apesar de usar matéria prima rara.
Mais que isso, enquanto os motores de combustão interna ainda nem chegaram aos 50% de aproveitamento da energia gerada, o motor elétrico está perto dos 90%, ou seja, o triplo a maioria dos propulsores térmicos.
MOTORES ELÉTRICOS PARA TOTOS
Já está a dar um nó no cérebro? Então vamos explicar a coisa de uma forma mais… terrena.
Em termos simples, é a frequência da corrente alterna transformada por um conversor (de corrente continua em corrente alterna) que determina a velocidade do motor elétrico.
As baterias fornecem corrente contínua que passa por um conversor de corrente que encaminha a energia para o estator que, por sua vez, graças aos imanes cria um campo magnético. O rotor dentro do estator roda a determinadas velocidades e tem uma enorme vantagem: pode funcionar ao contrário, invertendo a função.
Ou seja, quando levanta o pé do acelerador ou quando trava, o rotor inverte a marcha e transforma essa energia em regeneração enviando de volta à bateria.
Um controlo eletrónico tem um olhar atento sobre a potência tendo a companhia de um redutor que está encarregue de transmitir a potência e o binário produzidos à saída do motor através de uma caixa de velocidades, habitualmente, com uma única relação.
Há percursos alternativos na motorização elétrica e os futuros desenvolvimentos estão a caminho e prometem novidades importantes. As mais recentes foram apresentadas pela Bentley e pela Yamaha. A marca britânica está a trabalhar no projeto Octopus que tem como objetivo fazer um motor elétrico que não utilize metais raros (ou os referidos de Terra Rara).
Já os japoneses estão a trabalhar numa forma alternativa de ter um motor síncrono com imanes permanentes interiores arrefecido a óleo. Terá potência máxima de 475 CV.
A grande verdade é que a tecnologia que serve a mobilidade elétrica ainda está a dar os primeiros passos, mas a necessidade está a acelerar o processo. Veremos se as baterias acompanham. Mas como disse… isso são contas de outro rosário!
