sexta-feira, 17 de agosto de 2012

A WEG Participa do Desenvolvimento do Veículo Elétrico Brasileiro

Em Julho/2011, no mesmo ano em que a empresa comemorava 50 anos de existência, a WEG Indústria S/A recebeu por parte do BNDES, a aprovação de financiamento especial no valor de R$ 7,5 milhões, para compor um investimento total de R$ 12 milhões em pesquisa e desenvolvimento de motores elétricos para sistemas de tração de veículos elétricos. O prazo para apresentação das primícias de resultados está prevista para Dezembro/2013.

Unidade fabril 1 da WEG (Jaraguá do Sul)
Obviamente que este não parece ser um montante considerável para a importância de tal propósito e, obviamente que a WEG,  concomitantemente ao projeto de motores, precisará estar desenvolvendo, também, Inversores de Frequência específicos (Inversor Multinível), com Índice de Proteção elevado o bastante para operar em ambiente de extrema agressividade para tais aplicações, compondo um conjunto Inversor-Motor-Redutor adequado. Todavia, ambos os casos, tratam-se de produtos os quais a WEG já possui expertise global correlato suficiente, para chegar ao efetivo exito dessa missão, “com um pé nas costas” pois, ela já é, de fato, uma das potências mundial em ambas as áreas: Motores e Acionamentos.

Ainda assim, os recursos serão liberados por meio da linha Inovação Tecnológica, uma vez que os novos motores deverão trazer efetivos avanços tecnológicos em relação aos que já são existentes. Os motores seguirão duas rotas tecnológicas: a de tração elétrica híbrida (eu suponho que focada no modelo de veículo hibrido em série) e a de tração puramente elétrica.

Unidade fabril 2 da WEG (Jaraguá do Sul)
Empresa de origem genuinamente brasileira, fundada em 1961, nasceu da feliz e harmônica reunião de três homens com um único destino: um eletricista (Werner Ricardo Voigt), um administrador (Eggon João da Silva) e um mecânico (Geraldo Werninghaus),  que  começou em 16 de setembro de 1961, quando os três fundaram a Eletromotores Jaraguá. Anos mais tarde, a empresa viria a ganhar uma nova razão social, a Eletromotores WEG SA, fundada e instalada em Jaraguá do Sul (Santa Catarina), a WEG é reconhecida atualmente como uma das maiores fabricantes de motores elétricos do mundo. Presente atualmente em mais de 100 países nos cinco continentes, a WEG já produziu globalmente bem mais de 100 milhões de motores elétricos, marca atingida quando a empresa comemorou 45 anos em 2006. De lá para cá, contando com cerca de 20 mil colaboradores, se tornou capaz de produzir mais de 10 milhões de motores elétricos anualmente, além de uma vasta gama de dispositivos eletroeletrônicos para automação industrial, bem como sistemas elétricos industriais completos.

Triciclo Pompéo - Tração Elétrica WEG

Também na área de Acionamentos Eletrônicos de Máquinas Elétricas CA (Motores de Corrente Alternada), com Inversores de Frequência, a WEG já vem se firmando e se destacando, desde o início dos anos 90, evoluindo juntamente com o mercado internacional e apresentando atualmente, a produção de uma linha bastante diversificada destes dispositivos, para uma vasta gama de aplicações industriais, incluindo Servoconversores e Inversor de Frequência de Fluxo Vetorial aplicados ao transporte e movimentação de cargas e mobilidade de pessoas.

Carro Elétrico de
Competição com Inversor CFW11
A WEG é associada e fundadora da ABVE – Associação Brasileira de Veículos Elétricos e lançou em 2009, o folheto VE News. No mesmo ano um grupo de engenheiros que trabalha na incubadora de empresas da Usina de Itaipú e também a própria WEG, apresentaram o Triciclo Pompéo, um veículo elétrico brasileiro leve (450 a 600kg), que opera com tração elétrica da WEG.

Em abril de 2012, durante a 8ª Competição Fórmula SAE BRASIL – Petrobras, foi apresentado o primeiro carro elétrico de competição do Brasil que é equipado com motor e inversor WEG, desenvolvido por uma equipe de estudantes de engenharia mecânica e elétrica da FEI, empregando o inversor de frequência CFW11, versão Modular Drive refrigerado à água.

Estação de Carregamento de VE Dual
O financiamento à inovação é contemplado com condições financeiras especiais do Programa BNDES de Sustentação do Investimento (BNDES PSI), de 4% ao ano e, as atividades deverão ser realizadas prioritariamente na sede da empresa em Jaraguá do Sul (SC), o que pode demandar a implementação de um laboratório dedicado, exclusivo para motores e acionamentos de veículos elétricos, mas também poderão ser executadas por parceiros tecnológicos, como consultores, universidades ou institutos de pesquisa nacionais.

Entre os méritos do projeto, está o alto potencial de crescimento do mercado de veículos elétricos, com demanda nacional em nichos específicos e gerais. Entre as tecnologias inovadoras, estão o desenvolvimento de um sistema de tração mais leve, e de um novo sistema de refrigeração que permita a redução de peso e aumento da confiabilidade dos motores.

Por ser uma potência brasileira como fabricante de máquinas elétricas, incluindo motoredutores, já com tradição no segmento de tração elétrica, incluindo trólebus e embarcações, a WEG poderá contribuir grandemente para o desenvolvimento de uma indústria nacional de veículos elétricos. A WEG já possui, no interior das instalações da sua sede em Jaraguá do Sul, uma estação de abastecimento de veículos elétricos dupla, para uso interno no carregamento das baterias da sua frota de veículos.

Um Pouco Sobre Motores para Veículos Elétricos:

O VE puro mais vendido no mundo, atualmente, é o Nissan LEAF e os engenheiros que o projetaram optaram por um motor CA Síncrono de Imãs Permanentes no Rotor (PMAC). Este não é o motor CA mais simples e eu creio que isso poderá vir a ser revisto futuramente pois, não há nada que efetivamente impeça a aplicação do motor CA assíncronos, com rotor do tipo "gaiola de esquilo" - o motor CA mais simples que existe - nos EVs, de um modo eficiente e competitivo.

O motor síncrono de imãs permanentes internos (PMAC) têm peças de magnetos permanentes incorporadas ao corpo do rotor, que é de aço sólido, para criar um campo magnético constante. Essa característica construtiva torna este motor, comparativamente, (consideravelmente) mais caro. Na velocidade síncrona, os pólos formados pelos imãs permanentes do rotor, se intertravam com o campo magnético girante do estator, resultando numa velocidade síncrona, ou seja, uma velocidade que é precisa, não havendo o escorregamento, característico do motor de indução (motor assíncrono) mas, o o motor PMAC tem o "cogging" torque.

O cogging torque dos motores elétricos de Imãs Permanentes (PM) é o torque devido à interação entre os magnetos permanentes do rotor e as ranhuras do estator de motor de PM. Também é conhecido como torque de retenção ou torque de "não corrente". Este torque é dependente da posição, da velocidade e  depende do número de pólos magnéticos formado pelos imãs permanentes na periferia da circunferência do rotor e o número de endentamentos no estator.

O Cogging torque é um componente indesejável para o funcionamento de motores para VEs pois ele resulta em vibração. É especialmente importante em velocidades mais baixas, onde a ondulação da velocidade produz sintoma de solavancos. Se você girar com as mãos o eixo de um motor de PM desenergizado, você poderá sentir o efeito dando a impressão como se ele tivesse, internamente, uma roda dentada mecânica. No entanto, em altas velocidades, os resultados do cogging torque bem como da ondulação de velocidade são consideravelmente filtrados pelo momento de inércia.

Motores CA de PM são, de maneira geral, algo mais eficientes do que os motores de indução. Isto é devido a uma combinação das perdas que ocorrem do rotor (perdas por correntes de Foucault (1)) e da "penalização de excitação", ou seja, da corrente extra que é necessárias para para se produzir o fluxo de magnetização, em um motor de indução de gaiola. Mas esta generalização é fortemente dependente do tamanho do motor.

Além do mais, na prática, pra aplicação em VEs, aparece uma complicação: no motor do Nissan Leaf, por exemplo, foi preciso adotar uma configuração de enrolamentos distribuídos, a fim de reduzir o cogging torque, embora que isso faça com que as perdas no cobre se tornem um pouco maior do que com enrolamentos concentrados.

À medida que se aumenta de porte (a potência) da máquina elétrica (motor), a corrente necessária para produzir uma certa densidade de fluxo aumenta linearmente, mas com isso, a secção transversal do fio condutor de cobre a ser usado no enrolamento do estator aumenta ao quadrado.

Isto significa que em motores de indução de maior porte (tais como os que são necessários aos VEs), comparativamente, pode ocasionar a adição de uma grande quantidade de cobre a mais, por causa da secção transversal maior necessária, resultando num motor comparativamente maior, porém com mais eficácia para remover qualquer calor a partir do estator. Claro que isto aumenta o custo do estator (cobre) em comparação com o fio mais fino que se pode usar num motor PMCA. Mas ainda assim, existe o custo (elevado) do rotor de uma máquina de ímã permanente grande.

Então, é tudo muito questionável e, eu me atrevo a arriscar dizer que, para motores de 100 - 150 CV, tanto o PMCA quanto o motor de indução, podem, ambos, ser igualmente competitivos. Apesar de que alguns  carros elétricos têm utilizado os motores elétricos que dependem de ímãs permanentes. O motor do VE Tesla Roadster não possui imãs, em vez disso, ele utiliza apenas pilhas de placas de metal modelados e os fios condutores que geram campos eletromagnéticos. A empresa escolheu o motor de indução CA porque ele é simples, confiável e eficiente em uma ampla gama de velocidades. Prova prática disso, é que o VE puro esportivo Tesla Roadster, funciona muito bem, com um motor a indução, operado em alta performance.



O motor de indução trifásico do Tesla Roadster é especificado para 375 VCA, pesa atualmente apenas 52 kg (mais leve do que o motor PM do Nissan Leaf que pesa 58 kg). É de 4 polos e opera a uma rotação máxima de 14.000 rpm. Está conectado a uma caixa de velocidades com apenas uma engrenagem com relação de 8,2752 : 1 . Mesmo com seu tamanho e peso reduzidos, é lhe atribuída a capacidade de produzir uma potência máxima líquida de 248 hp (185 kW). O torque máximo é de 270 N·m, e ele pode acelerar de 0 a 100 km/h em um tempo de menos de 4 segundos (mais rápido do que o Porsche 911).

O motor de indução, CA trifásico, que fez história no mundo todo e fez também a riqueza da WEG, sendo, ainda hoje, o carro chefe dos seus produtos, foi patenteado por Nikola Tesla em 1888, que hoje empresta o seu nome para a empresa Tesla Motors de Palo Alto, Califórnia e para o VE (um super VE, verdadeiro bólido, mas que poucos podem pagar) que ela fabrica. O Roadster tem um preço base de US$ 109.000 nos EUA.

O Sistema de Armazenamento de Energia do Tesla Roadster, totalmente carregada, armazena cerca de 53 kW.h de energia elétrica em uma tensão nominal de 375 V e pesa 450 kg. Além do mais ele é dotado do carregador embarcado mais potente dentre todos os VEs puros, de 16 kW (220V, 70A). A Tesla agora, aproveitando a experiência adquirida, está realinhando sua aposta em um modelo que possa ser mais popular, o Tesla Modelo S e, talvez por isso, venha a descontinuar a produção do Roadster mas, ele já se tornou lendário!

NOTAS:

(1) - As correntes de Foucault originam-se em massas metálicas. Sendo estas condutoras, a sua resistência elétrica é muito baixa. Por isso, as correntes que se formam são muito elevadas. São correntes circulares e, dada a natureza do meio em que se formam, são correntes de curto-circuito, pois a resistência é próxima de zero. Estas correntes originam-se, por exemplo, em núcleos ferromagnéticos, como nos transformadores, ou no rotor, como no caso do motor de indução ocasionando perdas de energia. É possível diminuir estas perdas aumentando a resistência dos núcleos ferromagnéticos. Uma das medidas é usar aço silicioso (aço com uma pequena mistura de silício), em que uma pequena quantidade de silício produz um aumento da resistência elétrica ou usar chapas de cristais (grânulos) orientados. Outra medida é, em vez de usar núcleos maciços, construí-los com chapas finas sobrepostas.

Sobre o posante Tesla Roadster, veja o vídeo dos suecos! Mesmo que você não entenda nada (igual a mim) as imagens valem mais que mil palavras, veja este vídeo de um entusiasmado entusiasta (já que o vídeo dos suecos deu fail):




Fontes:

BNDES


quinta-feira, 16 de agosto de 2012

As Baterias de Íons de Lítio, o Brasil e a Johnson Controls

Existe uma única empresa instalada atualmente em território brasileiro com expertise tecnológico global suficiente, capaz de lançar a produção de células e de conjuntos de baterias de íons de Lítio para veículos elétricos e híbridos no Brasil. Até existem outras possibilidades mais remotas mas, nenhuma é tão viável quanto a Jonhson Control, empresa que ora se encontra instalada no município de Sorocaba (São Paulo).

A Jonhson Controls tem uma longa história de experiência, mundialmente, no negócio automobilístico e adquiriu nos últimos anos expertise efetiva em baterias de íons de Lítio, produto em que ela se encontra entre os três maiores fabricantes mundiais.

No Brasil, a unidade de Power Solutions da Johnson Controls, está situada na cidade de Sorocaba, SP, com uma planta de 42.000 m2 de área construída, é considerada a maior e mais moderna fábrica de baterias da América do Sul. Mantém uma produção anual de mais de 8 milhões de unidades de baterias para automóveis e motocicletas, atendendo ao Mercado Sulamerciano, México, Caribe e Europa.

Instalações da Johnson Controls em Sorocaba - SP

Todavia, ela é também, uma empresa extremamente conservadora em termos de investimentos e, seus negócios no Brasil se encontram focados apenas na fabricação e comercialização de baterias chumbo ácido das marcas Heliar, Varta e Optima (baterias de alta performance que combina tecnologias AGM e SpiralCell) produzidas nas instalações de Sorocaba que é destacada como um dos seis mais importantes Centros Tecnológicos de Baterias da Johnson Controls.

A tecnologia AGM utiliza-se do mesmo conceito químico das baterias chumbo ácido convencional, porém a solução ácida fica absorvida por separadores de lã de vidro. Já, a tecnologia SpiralCell é caracterizada por placas arranjadas em espirais que resultam numa bateria capaz de suportar aplicações extremas e de alta performance.


A Johnson Controls é um conglomerado baseado em Milwakee, Estados Unidos e tem uma história de experiencia tecnológica muito rica e longa.

A empresa foi fundada em 1885, por Warren Johnson em sociedade com o investidor Willian Plankinton, após a invenção do termostato elétrico de ambiente, que passou a ser usado para controle de temperatura de ambientes internos de edifícios, sendo os primeiros projetos implementados pela empresa a regulação térmica nos prédios da Biblioteca pública e da prefeitura de Milwakee.

Em 1895, a Johnson Electric Service Company patenteou e aperfeiçoou uma série de dispositivos atuadores e sensores para a tecnologia de controle pneumático de temperatura que foi o primeiro sistema de controle de temperatura por zona, para edifícios. Warren Johnson é considerado, hoje em dia, o “avô de todos os sistemas de controle” pela American Society of Mechanical Engineers – ASME.

Ainda no século XIX, a empresa iniciava negócios voltados a eficiência energética e entra também no mundo dos automóveis, fabricando, inclusive, carros e caminhões a vapor, especializando-se em carros de combate a incêndios, enquanto o negócio de buildings efficience continua em crescimento, fornecendo regulação de temperatura em prédios pelo mundo todo, incluindo o Capitólio, a Bolsa de Valores de Nova Iorque, o Palácio Imperial em Tóquio.

Em 1907 experimenta a produção de carros movido a gasolina, fabricando alguns veículos de alto luxo da época e também, posteriormente, fornece as unidades automotivas para o United States Postal Service. Nesta época, com a construção do Singer Tower, o primeiro arranha-céu do mundo em Nova Iorque, a Johnson Service Company o sistema de controle de temperatura do edifício, com pontos de medição em 1200 salas, controlando 1800 válvulas.

Com a morte de Warren Johnson em 1911, a companhia sofre uma grande reestruturação. As construções de edifícios se multiplicam rapidamente e o foco dos negócios é centrado em automação e controle de temperatura de ambientes, enquanto que o negócio de fabricação de veículos e outros fora do foco são encerrado. No entanto, o sucessor de Johnson, Harry Ellis, cria a empresa coligada Globe Electric Company que começa produzindo elétrica automotiva, iluminação pública e depois baterias automotivas.

Durante a primeira Grande Guerra, os negócios caem e os contratos com o governo são dificultados e reformar os sistema de controle térmico de prédios de prédios mais antigos, ajuda a empresa a se manter. Após a guerra, multiplicam-se as salas públicas de cinema e com elas a oportunidade de negócios de controle para condicionamento de ar, onde ela aposta na eficiência energética e segurança com seu sistema pneumático vantajoso sobre os que usavam combustíveis.

Em 1925 a companhia adquire a patente de um termostato pressostato, um dispositivo especial e inovador, capaz de detectar pela variação de pressão do ar, a presença de pessoas nas salas, economizando energias automaticamente quando as salas ficam vazias. Controles focados em eficiência energética derivados dessa tecnologia e de inovações nos sistemas de refrigeração e controle de unidade, ajudam a empresa a sobreviver e se manter no mercado durante o período da grande depressão econômica, mas não a isenta de ter que passar por medidas recessivas nos meados dos anos 30.

Durante a segunda grande guerra, o governo, as empresas e instituições passar a ter uma visão mais positiva com relação a sistemas de controle, classificando as tecnologias de resultem em eficiência energética como essenciais e os sistemas de controle de temperatura por zona baseados em tecnologia pneumática se consolidam no mercado com o fim da guerra e a Johnson, agora sob a administração do engenheiro Joseph Cutler reorganiza suas vendas e amplia a empresa até 1960.

A companhia, agora com ações abertas ao mercado de capitais, experimenta um período de elevado investimento em treinamento e qualificação de seus funcionários. O Johnson Technical Institute é criado em Nova Iorque e as vendas crescem de US$ 3 milhões em 1938 para US$ 67,3 em 1960. No Prédio das Nações Unidas a Johnson instala o sistema com 3600 termostatos e controladores auxiliares. Os laboratórios de produção de vacinas da Lilly adotam os sistemas da Johnson para salas limpas e climatizadas. A empresa cresce, enquanto os prédios ficam maiores e os sistemas de controle ficam mais complexos.

Nos anos '60 a Jonhson participa do programa espacial Apolo, entra em parceria com a NASA e expande os negócios também ao mercado europeu. Com a aquisição da Penn Controls visa o mercado de refrigeração comercial. Nos anos '70 desenvolve um histórico sistema computadorizado para controle de edifícios, o JC/80 e em seguida realiza uma fusão com a Globe-Union e se tornam o maior fabricante de baterias automotivas do mundo com as vendas ultrapassando US$ 1 bilhão, realiza uma evolução na tecnologia de baterias ao adotar caixas de polipropileno de espessura fina e de alta resistência mecânica e química. A empresa expande também sua atuação no segmento de assentos automotivos.

Com o avanço das técnicas digitais e da microeletrônica nos anos 80 a vendas da Johnson se multiplicam e na área de baterias e assentos automotivos grandes clientes, como a Honda, GM, Mazda, Toyota, Ford e outros, são conquistados e inicia um ciclo de fóruns sobre eficiência energética atraindo famosos palestrantes.

Em 1990 lança o Metasys, um revolucionário sistema de controle de instalações que integra todas as funções tradicionais de controles de prédios: climatização ambiental, gerenciamento de energia, controle de iluminação, gerenciamento de prevenção de incêndios e segurança. Também o negócio de automotivos na Europa é expandido, alcançando a marca marca de vendas globais de US$ 5.2 bilhões, ainda em 1992.

Em 2002 a Johnson adquire a divisão de baterias automotivas Varta e a Borg Instruments, ambas alemãs e em 2004 ganha um contrato para o desenvolvimentos de baterias de íons de Lítio para o Consórcio Avançado de Baterias dos EUA (USABC). Na área de condicionamento de ar e climatização, faz a importante aquisição da York International e na área do negócio global de baterias automotivas, a Delphi é adquirida e inicia a produção de baterias seladas na China.

Johnson Controls na Era dos Atuais Veículos Elétricos:

Johnson Controls estabeleceu uma parceria com a francesas Saft, da qual surgiu a Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions (JCS). A joint venture entre a Johnson Controls e a empresa francesa de bateria Saft Groupe, criada oficialmente em janeiro de 2006.

A Varta estabeleceu e abrigou um centro de desenvolvimento da JCS em sua sede alemã, após a criação da Varta-SAFT joint venture.

Em 31 de Janeiro de 2008 a Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions havia anunciado ea abertura oficial da sua nova fábrica de baterias automotivas de íons de Lítio, sediada em Nersac, França, para fabricar baterias de íons lítio para veículos híbridos plug-in e outros produtos.

Johnson Controls-Saft inicialmente investiu 15 milhões de euros na instalação, que está a produzir baterias para clientes globais de automóveis. Foi construído para ser escalável, de modo que o aumento da demanda pode aumentar a capacidade de produção para atender demandas dos clientes e do mercado.

A Johnson Controls esteve produzindo células de íons de Lítio pasra baterias de veículos híbridos na França sob a joint venture com a Saft e além da fábrica em Nersac, a Johnson Controls - Saft possuíam centros de pesquisa e desenvolvimento em Milwaukee (Minnesota) e Bordeaux (França), bem como engenharia de sistemas de testes e centros de integração em Milwaukee (Minnesota) e Hanover (Alemanha), onde os Conjuntos de bateria eram montados e Xangai (China).

Durante a parceria com a Saft, a Johnson Controls esteve apresentando um conceito de plug-in híbrido chamado de RE3, que incorporava as tecnologias que a empresa podia oferecer para as montadoras. Por outro lado, a Johnson Controls manteve também uma participação acionária na empresa canadense Azure Dynamics (especializada em tecnologia proprietária e híbrida de acionamento elétrico para veículos comerciais utilitários e pesados).

Em 2010, a Johnson alegou que as baterias de íons de Lítio empregadas nos veículos híbridos e veículos elétricos atuais e do futuro estariam a melhorar gradualmente, mas que o custo iria continuar sendo o desafio para a demanda da tecnologia por algum tempo.

Steve Roell, CEO da Johnson Controls considerou que alcançar economias de escala será um desafio grande. "O setor é um mercado muito imaturo, ela não tem escala e carece de normas", disse à Reuters Roell. "O que nós vamos ver ao longo do tempo é que vamos ver a química e o formato das células e até mesmo os sistemas de gestão das baterias começar a formar padrões, mas isso vai levar algum tempo."

Roell ainda tinha uma projeção relativamente otimista para o sucesso inicial de veículos híbridos e elétricos, dizendo que eles poderiam fazer-se tanto quanto 12% a 15% do mercado automobilístico dos EUA em 2020. Em 2010 as vendas de híbridos no EUA permaneceu próxima a 2% do mercado de automóveis novos.

Em agosto de 2009, o Departamento de Energia havia anunciado um montante de US$ 2,4 bilhões em doações para acelerar o desenvolvimento de veículos elétricos e suas baterias.

Até meados de 2010, US $ 1 bilhão daquele dinheiro havia sido concedido a empresas como a Johnson Controls, a A123 e a LG Chem. A Johnson Controls recebeu a maior parte da doação, US$ 299 milhões para construir uma fábrica de bateria híbrida em Michigan, com inauguração prevista para 2011.

No mesmo ano de 2011 a Johnson tomou medidas legais na Chancelaria do Tribunal de Delaware a fim de dissolver a empresa de parceria Johnson Controls - Saft.

Na ocasião, Alex Molinaroli, presidente da divisão de soluções de energia JC, afirmou que:
a Johnson Controls e a Saft tinham um desacordo fundamental sobre o futuro e sobre o escopo apropriado da parceria, alegando que a indústria estava evoluindo rapidamente e os investimentos necessários para alcançar liderança de mercado os obrigavam a fazer mais do que a joint venture tinha feito ou podia fazer e que aquela ação reafirmava o compromisso estratégico da companhia para a indústria de baterias avançadas.

A Saft bem que tentou opor medidas legais a JC destinada a afirmando que não via motivos legítimos para a dissolução da parceria. Fato é que a Saft detinha um maior expertise na tecnologia foco da parceria, quando esta foi estabelecida, cinco anos antes, o que fazia a parceria com  a Saft boa, principalmente para a JC.

O que eu creio que ocorreu, de fato (e me perdoem se eu estiver errado), foi que o desafio criado pela inclusão da JC no programa de incentivo do governo federal norte-americano, deve ter criado dificuldades sérias para ela pudesse continuar a operar uma parceria comercial internacional no âmbito do desenvolvimento e produção de baterias de íons Lítio, uma vez que a JC passou a ser conduzida pelo desafio do governo da sua sede, para a necessidade premente de apresentar resultados, gerar dividendos e empregos em território dos EUA, em contrapartida ao capital estatal que foi recebido.

Essa é uma questão circunstancial plenamente compreensível e, ao que me parece, a ação da Johnson foi baseada em ética plenamente justificada. O programa de incentivo do governo não poderia ter sido previsto com antecedência, de modo a evitar o início da parceria.

No final, Johnson Controls Inc. e Saft chegaram a um acordo para terminar a sua joint venture. Sob os termos do acordo, a Johnson Controls adquiriu a partes da Saft na empresa por US$ 145 milhões (que representa menos da metade da primeira parcela dos incentivo recebido do governo Obama). O acordo incluiu um pagamento pela Johnson Controls de royalties up-front para a Saft em troca de uma licença ampliada para a Johnson Controls usar a tecnologia de íons de lítio em todos os mercados.

Todos os ativos da joint venture foram retidos pela Johnson Controls, com exceção da fábrica em Nersac, França, que ficará apenas com a Saft a partir do final de 2012, disseram as companhias em comunicado conjunto feito na ocasião. Eu penso que foi lamentável o final da parceria, e torço para que aquilo não signifique o fim do projeto RE3, um veículo híbrido plug-in com desenho de aparência bastante atrativa ( bem mais atrativa do que a do iE:3 apesar deste ser um desejável VE elétrico puro).

Em 2011 a JC recebeu a visita do presidente Barack Obama sua nova planta de baterias em Holland (Michigan), ocasião em que a empresa anunciou planos de m ais uma nova planta para a produção de células de íons de Lítio e sistemas para veículos híbridos e elétricos. Em sua visita à fábrica da JC de Michigan, Obama elogiou os investimentos do país em energia limpa e anunciou rigorosos padrões de economia de combustível nos veículos a partir do ano modelo 2017, exigindo das montadoras a média de 54,5 milhas por galão (23,2 km/l).

A Johnson Controls Inc., com sede em Milwaukee ocupa atualmente o segundo lugar no ranque global de produção de baterias de íons de Lítio automotivas, focada principalmente em carros híbridos e ainda mantém forte proeminência global no mercado de baterias de chumbo ácido, que é, inclusive, o principal negócio dela no Brasil.

A empresa fornece baterias de íon de lítio para Mercedes, BMW, Ford e outros, mas não tem procurado com maior agressivamente sua participação neste mercado. A Johnson Controls não ganhou, por exemplo, o contrato de bateria para o Chevy Volt, o que é lamentável pois, as baterias escolhidas para ser empregadas neste veículo vem apresentando problemas quanto a segurança.

Na onda do sucesso tenológico do Nissan Leaf (no que concerne ao método de controle térmico da operação de baterias Li-íons), na virada do ano de 2012, a Johnson Electric lançou uma nova linha de produtos de ventiladores para veículos híbridos e elétricos. O módulo de ventilador de arrefecimento (sigla em inglês CFM EV) foi projetado para ter vida útil extremamente longa e continuamente controlar a temperatura da bateria durante a operação e ciclos de recarga em EV e HEV.

O CFM EV foi lançado sob a marca GATE e projetado para maximizar o fluxo de ar variável, com tamanho compacto, baixo peso e um funcionamento silencioso. A linha de produtos CFM EV proporciona um desempenho de fluxo de ar que variam de 30 a 70 litros por segundo, com pressão de ar até 600 Pa.

Este desempenho abrange os requisitos de um híbrido leves, híbrido completo e VEs. O fluxo de ar é variável para proporcionar o arrefecimento necessário para a gestão de temperatura da bateria controlado pela ECU veículo. A interface do CFM EV e a rotina de diagnóstico pode ser personalizada para qualquer plataforma de veículo.

A JC atualmente faz parte da lista Fortune das 100 maiores empresas americanas. A empresa possui cerca de 130.000 trabalhadores em seis continentes.

Na corrida pelo desenvolvimento de VEs brasileiros, a Johnson Controls tem sido menciona, atualmente, em associação com grupo VEZ do Brasil, em uma parceria para o desenvolvimento de uma tecnologia de bateria que está sendo chamada de "bateria de fluxo" ou  "baterias ECOPOWER", a qual é referida como não sendo baseada em tecnologia de íons de Lítio. A VEZ do Brasil alega que não está desenvolvendo veículos elétricos, mas sim veículos superleves. 

Segundo a empresa a tecnologia de VEs, somente irá deslanchar no mercado quando os carros tiverem um preço acessível e isto só ocorrerá quando a indústria conseguir utilizar baterias que não sejam de íon de Lítio. A  VEZ do Brasil busca por investidores, prevendo uma valorização de 200% no biênio entre 2013 e 2014, acredita que o Lítio utilizado na bateria pode até ser reciclado, porém a custos não permissíveis.


Obviamente que as restrições de oferta potencial de materiais devem ser considerados antes de embarcar em qualquer programa ambicioso de desenvolvimento de qualquer nova tecnologia. No entanto, a falta de previsão têm sido muitas vezes sem uma exploração adequada ou sem a consideração de incentivos à oferta que um aumento dos preços pode proporcionar. Por exemplo, em 1972, o Clube de Roma advertiu que o mundo iria acabar sem ouro em 1981, sem mercúrio e prata em 1985; sem estanho em 1987, e sem petróleo, cobre, chumbo e gás natural até 1992.

No caso de materiais para baterias de íon Lítio, parece que até mesmo um programa agressivo de veículos com acionamento elétrico pode vir a ser apoiado por décadas com as fontes de Lítio conhecidas, se a reciclagem for instituída. Vale lembrar que as baterias vendidas de 2010 até hoje só precisarão ser recicladas em 8 ou 10 anos e, é claro que, para os veículos maiores, com autonomias maiores, exige-se mais material e, que uma dependência tão pesada em tração elétrica pura poderia eventualmente forçar o fornecimento de lítio e cobalto.

É necessário mais trabalho para examinar a reciclagem dos elementos da bateria de íons de Lítio em mais pormenores, para determinar a quantidade de materiais que podem ser recuperados com os processos correntes ou com processo melhorados. Impactos ambientais de ambos, tanto processos de produção, quanto de reciclagem devem ser também quantificados.


quarta-feira, 15 de agosto de 2012

Sobre o Carregamento do Toyota Prius

O Toyota Prius é um carro híbrido que até o ano modelo 2011 NÃO era dotado de portal de recarga, ou seja, eles eram apenas HEV (Hybrid Electric Vehicles), mas não eram PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle). Deste modo, não havia conector algum que permitisse o engate rápido e seguro de um cabo condutor elétrico para carregamento da sua bateria do sistema de tração.

Todavia, a partir do ano modelo 2012 a Toyota, acompanhando a tendência mundial, se rendeu colocou o porte de recarga no Toyota Prius, com um conector padrão SAE J1772.

O Toyota Prius, na verdade, engloba uma família de modelos (Prius C, Prius V, ...) que está no mercado do seu país de origem (Japão), desde 1997. Independente se ele é novo (Plug-in) ou antigo (sem o conector de carregamento), ele vem equipado com os dois tipos de baterias:
  • A primeira é aquela semelhante a encontrada em quase todos os automóveis, é uma bateria de chumbo ácido (Pb-A) de 12V;
  • A segunda é a bateria do sistema de tração, que foi projetada especialmente para veículos híbridos (priorizando potência ao invés de energia) e é composta de módulos prismáticos contendo células de bateria íons de Lítio (modelo 2012 em diante) em caixa de metal, fabricada pela Panasonic.
Para carregar a "segunda bateria" no moderno Prius, basta coloca-lo conectado a uma tomada de energia elétrica, igual a qualquer VE puro, como o Nissan Leaf, por exemplo. Todavia, carregar os modelos do Prius antigos exige um pouco mais de "técnica e destreza" pois, não há como injetar eletricidade diretamente nela sem que seja acionado o motor (a combustão) do carro e fazendo atuar a frenagem regenerativa, na qual a máquina elétrica (motor) passa a atuar como freio (motor age como gerador) e realimenta energia do sistema mecânico de volta para a bateria (bateria age como carga consumidora para o gerador).

Existem vários sites de Internet, com procedimentos instruindo sobre como carregar a bateria antiga do Prius mas, eu não irei transcrever nenhum deles aqui por questões de responsabilização sobre segurança. Lamento muito mas, no meu conceito a tecnologia Não-Plug-in já se tornou obsoleta e inadequada e eu não irei recomendar a alguém que não seja estritamente profissional, a manipular os terminais de uma bateria cuja tensão pode passar de 250VCC. Mas estou certo que você me compreende e, se você precisa mesmo disso, você achará no Google quem te "ajude".


Se você é amante de um Toyota, beleza! Como eu sou também e, sou teu "amigo", eu te recomendo: adquira um Prius Plug-in Hybrid (ZVW35) que é baseado na terceira geração convencional (ZVW30) com bateria de íons de Lítio de 4,4 kW.h que permite uma autonomia puramente elétrica de 23 km (14,3 milhas) e que vem com o indispensável portal de carregamento, ou então ... prefira mesmo uma bicicleta.

Pensa bem, além de nós brasileiros sermos colocados no fim da fila pelas grandes montadoras e pelo nosso próprio governo, ainda assim, iremos aceitar comprar carros obsoletos? Só se for você pois, eu estou fora!! Nem o Nissan Leaf está escapando da rápida obsolescência (na questão da potência do seu carregador embarcado que já deveria ter mudado de 3,3 kW para 6,6 kW mas acabou ainda não mudando)!!

É ai é que está o mistério: os últimos serão os primeiros!! Alias, carro que além de ser Híbrido (não é um VE puro), ainda por cima não é Plug-in, me desculpe, o lugar nem é aqui neste blog!

Se o que a Toyota quer mesmo é voltar a ser protagonista na tecnologia de carros verdes no mundo, mostrando a todos que será a primeira a deslanchar no mercado brasileiro, mesmo tendo poucas vendas no começo, que traga para o Brasil, no mínimo, um Prius Plug-in (e não me venha com produtos desatualizados por aqui porque disso, nós já estamos cheios).

O modelo do Prius apresentado pela Toyota no 8º Salão Latino-Americano de Veículos Elétricos que está acontecendo por esses dias em São Paulo, NÃO É o modelo Plug-In atualizado (repare na foto ao lado, não existe a portinhola do portal de carregamento, igual ao Prius como ele era lá fora até o ano modelo 2011) e nem a bateria utilizada é a mais moderna de íons de Lítio. Assim, teria que ser vendido aqui com um belo super-mega desconto de preço, pois se trata de produto de ponta de estoque, obsoleto em termos globais.

Isso, combinado com o fato de que nem para reduzir os impostos sobre VEs o governo federal tem se prestado, então, fica assim, desde já, um tanto quanto decepcionante, infelizmente ... Importado do Japão, seu preço de venda aqui deverá ficar entre R$ 130 mil e R$ 150 mil. Considerando ICMS, imposto de importação, PIS e Cofins, o preço do modelo é resultado de uma sobretaxação (valeu Dilma!) de 120%.

Portanto, fique de olho se o veiculo Prius 1.8 com motor a gasolina VVT-i 16v DOHC e com transmissão CVT,  oferecido pela Toyota do Brasil É UM CARRO HÍBRIDO PLUG-IN OU NÃO. SE NÃO FOR PLUG-IN, VOCÊ PODERÁ ESTAR COMPRANDO UM PRODUTO DE TECNOLOGIA ULTRAPASSADA (em pelo menos 2 anos) E MAQUIADO, pela bagatela de R$ 120.830,00. Se você quiser saber mais sobre:

Tipos de Veículos Híbridos e Terminologia:


Sinta-se como em sua casa! Fui!





domingo, 12 de agosto de 2012

Aquecedores de Água a Gás Natural Devem Colaborar com o Carregamento Doméstico de Veículos Elétricos

Mudanças no Perfil de Consumo Diário de Energia na Era do Veículo Elétrico
O uso de Chuveiros Elétricos se tornou um hábito para a maioria dos brasileiros, sendo responsável por grande parte do consumo de energia elétrica em uma casa. Este artigo tem como objetivo avaliar a diferença entre o uso de Chuveiros Elétricos e os Aquecedores a Gás Natural em termos de consumo de energia, de custos e de emissões de gases de efeito estufa, expondo ambos os cenários energéticos no Brasil: elétrica e gás natural (GN). Portanto, será estimado a quantidade de energia necessária para aquecer a média de água usada por uma pessoa por ano, para cada um desses tipos de chuveiro, comparando os resultados e estimar as emissões de carbono para ambos os tipos de energia.

Havendo vantagens para o sistema de aquecimento para água de banho usando gás natural gás e havendo oferta desse tido de abastecimento de energia nas grandes cidades, isso poderá servir como um fator facilitador para a entrada maciça da população na era dos Veículos Elétricos. Tal facilitação ocorrerá por dois motivos:
  • Remove do cenário de consumo um dos principal responsáveis por causar o horário de pico de consumo de energia elétrica das 18hs as 22hs todos os dias, principalmente nos dias de segunda a sexta feira das semana, desligando o chuveiro elétrico;
  • Libera um Circuito Dedicado a partir do Quadro de Distribuição de Circuitos que comanda um Ponto de Tomada de Uso Específico que alimenta o chuveiro elétrico, para ser realocado para uso de um Equipamento de Abastecimento de Veículo Elétrico.
    Assim, o meu velho circuito que por muito tempo foi dedicado a alimentar o chuveiro elétrico, um Ponto de Tomada de Uso Específico (PTUE), ficará desativado por algum tempo, para ser posteriormente reformado, tendo os seus componentes redimensionados e substituídos, e o cabeamento condutor de energia desviado para aceder a minha garagem, a fim de alimentar a futura Estação de Carregamento de Carro Elétrico (de preferência puramente elétrico) a ser instalada ali.
Mas para isso eu terei que me aventurar um pouco: vou precisar que adquirir um Aquecedor a Gás Natural, que é o aparelho eletrodoméstico que queima o gás natural produzindo calor, com a finalidade de gerar água quente cuja utilização mais comuns são para aquecer a água do banho, mas que pode atender a vários ambientes da residência, tais como as pias do banheiro e da cozinha, duchas higiênicas, em tanque ou em máquina de lavar.

Pela proposta firmada com a Comgás (Companhia de Gás de São Paulo), eu não pagarei nada pelo pelo aquecedor, mas terei que me manter cliente consumidor fiel de gás por 5 anos inteiros, caso contrário precisarei indenizar a Comgás pela parcela do valor do aparelho ainda não amortizada. O preço ao consumidor considerado é de R$ 1.960,00.

Os aquecedores a gás natural são, normalmente, instalados nas áreas de serviço e podem atender vários pontos de consumo na residência desde que a rede hidráulica quente esteja interligada. Tais aparelhos têm sido considerados seguros, dotados de acendimento automático, tal aquecedor liga ao se abrir o registro de água e não possui chama piloto que precise ficar previamente acesa, ficando acesa a chama só durante a operação (aquecedor de passagem, sem reservatório).

É um produto fabricado pela Lorenzetti direcionado de modo exclusivo para clientes da Comgás. O aquecedor possui termostato de segurança, que desliga automaticamente o aquecedor em caso de superaquecimento. Possui também Sensor de Chama, que tem a função de cortar o gás em caso de ausência de chama – evitando vazamentos (imagine o perigo que poder haver se o gás estiver fluindo, sem que haja chama: bem que poderia ser empregado dois sensores de chama operando em função lógica “E”, que seria muito mais seguro).

Um aparente problema é que eu por toda a minha vida me acostumei com a utilização dos chuveiros elétricos, cujo ajuste de temperatura é feita em escalões, geralmente apenas duas escalas e, principalmente, que o ajuste é feito no próprio local do chuveiro, é que eu vou ter que vivenciar agora o fato de ambos os controles manuais, tanto o de consumo de gás, quanto o de vazão de água, ficarão no corpo do aquecedor e o aquecedor, ficará fora do banheiro, na área de serviço, além do fato de ter que me acostumar a fazer uma dupla regulagem em comprometimento, para obter a pressão de ducha adequada em temperatura adequada.

A primeira grande dúvida que me vem, enquanto eu aguardo o recebimento e a instalação deste aparelho (que deve ser feita por um técnico conhecedor da norma NBR 13103) é:

Será que este equipamento tem um efetivo sistema de controle da temperatura em malha fechada da água aquecida? Se tiver, mesmo que o sensor seja um único e forneça apenas a referencia de temperatura do ponto de saída água quente do aparelho, isso já é algo bom. Para isso ele deverá conter alguma eletroeletrônica, possivelmente com microcontrolador, rodando um programa com um algoritmo de controle de temperatura, que realiza continuamente a regulação automática de uma válvula proporcional de vazão do gás que flui para os queimadores?

Será que a pressão na saída de água quente também é mantida sobre controle? Quais seriam os tempos de atraso de resposta do sistema? Isso é importante quando a saída do aquecedor estiver alimentando múltiplos pontos (exemplo: 2 chuveiros), a vazão de água precisa dobrar poder dobrar rapidamente e, consequentemente, a potência dos queimadores também, quando se comuta da situação de alimentando apenas um chuveiro para a situação de alimentando ambos o dois chuveiros e, a temperatura da água precisa ser mantida constante ou, pelo menos, sem grandes oscilações.

Eu me recordo que no passado, chuveiros alimentados por rede aquecimento de água a gás com dois ou mais pontos de saída me causavam desagradáveis choques térmicos. Todavia, eu confesso que não consegui ainda descobrir nada sobre tais detalhes. Eu nem mesmo sei dizer se o aquecedor a ser fornecido é ou não dotado de microcontrolador ou não mas, mesmo assim, assinei o contrato e comprei o serviço.

Apesar de alguns diagramas que encontrei na Internet apontarem o emprego de microcontrolador nesse equipamento eu não creio que ele execute um efetivo controle de temperatura pois, não há um ajuste de “set point” de temperatura mas, sim, dois ajustes, um de vazão de gaz e outro de vazão de água. Todavia, o manual do fabricante acusa que o controle de acendimento e da presença de chama é feito por um sistema eletrônico.


O Aquecedor Lorenzetti LZ 800FB (modelo suposto, pois o contrato da Comgás nada esclarece sobre isso, especificando, espertamente, apenas o fabricante, que por sua vez apresenta em seu site de Internet apenas este modelo como sendo exclusivo para cliente Comgás) é um equipamento de aquecimento de água do tipo Aquecedor de Passagem, ou seja, não faz reserva de água quente, aquecendo sob demanda. Possui uma potência de 203 kcal/min (14,2 kW), ou seja, cerca de 3 vezes a potência de um chuveiro elétrico típico (mas não se esqueça, essa potência toda provém do processo da queima do gás e o consumo demandado da rede elétrica é algo deveras desprezível, apenas para alimentar o sistema de controle eletroeletrônico).

Mas será que ele realmente tal aquecedor a gás consegue suprir água quente na saída das duchas como se fosse três chuveiros elétricos? A resposta é: precisamos olhar não só para esse valor de potência, mas também para o rendimento de toda a cadeia do processo, não apenas do aparelho em si, mas considerar ainda que a água, após aquecida, terá um (longo) percurso a percorrer. No entanto, mais interessante ainda, é olhar para o custo ao consumidor que esta forma de energia é ofertada

"Complicações Idiomáticas" na Torre de Babel: 

Dando uma olhada no manual do aquecedor da Lorenzetti, me deparei com um detalhe que até então eu desconhecia, acerca do parâmetro rendimento. Ele é dado em percentual, normalmente, só que existe a observação: “sobre o P.C.S.”. Para decifrarmos o que isso significa, precisamos, antes de tudo, estarmos dispostos aceitar uma “triste verdade”: a de que, entre as áreas de conhecimento abrangidas pela Física, a ciência que estuda a natureza e seus fenômenos em seus aspectos mais gerais, existe, ainda, uma tremenda carência por normalização. Isso costuma complicar até mesmo o trabalho de técnicos e engenheiros mais enfronhados com a tecnologia, quem dirá dos usuários leigos.

A Física é entendida como sendo uma ciência fundamental, de modo que é dela que derivam todas as demais ciências naturais, tanto as exatas, como também as biológicas. Isso a torna “a ciência das ciências”, ficando, assim, muito ampla e complexa, ao ponto em que ela acabou sendo desenvolvida em partes fragmentadas e descontínuas, esparsas no tempo. Deste modo, as várias áreas de conhecimento derivadas da Física passaram a desenvolver cada qual as suas linguagens de contexto próprias (mais ou menos parecido com aquilo que é narrado na Bíblia sobre o que ocorreu lá no tempo da Torre de Babel).

Com isso, os físicos passaram a falar das mesma coisas, porém usando linguagens diferentes. O resultado disso é que eles já não se viam mais falando das mesmas coisas, e passaram a formar “panelinhas”, dando as costas uns aos outros, se achando cada qual melhor do que o outro. Isso acontece ainda hoje, especificamente de modo notório no âmbito da Física Quântica, que se acha tão diferente de todas as “outras físicas”, mas que está a falar todo tempo, só que de um modo especialmente atabalhoado, das mesmas coisas da Física de sempre.

Numa ocasião passada, uma outra da área Física que criou a sua linguagem própria e exclusivista foi a Termodinâmica, e com isso obteve o infeliz êxito em fazer tudo parecer muito mais complicado do que realmente é. O Físico que consegue perder a vergonha de aceitar isso, se livra de preconceitos (e aqui está um paradoxo) e consegue enxergar muito mais amplamente sobre os fenômenos físicos mas, nem por isso conseguirá se livrar das dificuldades inerentes a diversidade das expressões idiomáticas da física, na hora de expressar suas ideias aos demais.

Alguns efeitos dessa diversidade de linguagens de contexto, leva, tão somente, a dificuldades de comunicação, no entanto, outros, levam ainda a erros crassos que acabam por se tornar historicamente incorrigíveis como, por exemplo, o que aconteceu no âmbito da sub área da física de minha preferência, a Eletricidade, que se encontra inserida na área do Eletromagnetismo, a qual passou a considerar, oficialmente, desde os seus primórdios, a Corrente Elétrica como sendo a sua “Grandeza Fundamental”.

Eu digo “erroneamente”, sem medo de estar dando a minha cara a tapa para os que pensam diferente pois, a corrente elétrica, jamais poderá ser, de fato, uma grandeza fundamental, pelo simples fato de que ela é, essencialmente, uma grandeza derivada, ou seja, a corrente elétrica é a variação da Quantidade de Carga Elétrica, derivada no Tempo ( dQ/dt ). Isso nunca foi antes e, eu creio que nem virá a ser algum dia, corrigido, mas, obviamente que, a única grandeza fundamental apropriada para a eletricidade, é a própria Quantidade de Carga Elétrica, e nada mais.

A Termodinâmica Básica dos Aquecedores a Gás:

Essas bobagens postas, retornemos ao que mais interessa: aqueles parâmetros (grandezas) que em mecânica costumamos chamar de Energia Especifica e de Densidade de Energia, no contexto da termodinâmica recebem uma outra (e única) denominação: Poder Calorífico, que é a quantidade de energia por unidade de massa (ou de volume, no caso dos gases) liberada em um processo de “oxidação violenta” de um determinado combustível, ou seja, na combustão (ou queima) do material combustível.

A composição química do Gás Natural (combustível), que é o produto que a Comgás irá me fornecer via tubulação, costuma variar, dependendo de fatores relativos ao campo (local) em que o tal gás é produzido. O processo de produção, condicionamento e transporte também o afetam, contudo, o gás natural é sempre uma mistura de hidrocarbonetos, na qual o Metano (que é o mais simples dos hidrocarbonetos - CH4 - referido como Biogás) tem uma participação de, no mínimo, 70% em volume.

Assim, fica evidenciada a existência de hidrogênio na composição do Gás Natural - GN, de modo que, no processo de combustão, haverá (sempre) alguma formação de água e, consequentemente, resultando em perda de parte da energia, que precisará ser gasta na vaporização dessa água que surge pela reação no processo. Em função disso, a termodinâmica resolveu olhar para essa energia de saída sob duas óticas:
  1. Poder Calorifico Superior – P.C.S., que é a densidade de energia total, ou seja somando-se duas parcelas: a parcela do calor que pode ser transferida para um receptor com a parcela de calor que é levada pelo vapor de água resultante da queima do gás;
  2. Poder Calorífico Inferior – P.C.I., que é apenas a densidade de energia útil, ou seja, a parcela de calor que pode ser transferida a um receptor.
Em outras palavras, o processo de queima do gaz natural, assim como o de qualquer outro gás que contenha hidrogênio, é um processo de transformação de energia que, por si só, já envolve uma perda inerente. É por isso que no Manual do Instruções de Instalação do aquecedor em questão, o Rendimento declarado é de 85,6% sobre o P.C.S.

Todavia, essa perda, a perda por vaporização de água, não será, de modo algum, a única perda envolvida em todo o processo. Haverão ainda mais perdas a serem consideradas, enquanto a água aquecida em um local, terá que ser transportada até outro, e chegar até no dispositivo ora denominado chuveiro (não mais elétrico, agora apenas um elemento passivo). Algumas destas perdas, já devem estar abarcadas no rendimento declarado pelo fabricante do aquecedor a gás, todavia, outras não mas, sendo o fabricante honesto (e eu confio na Lorenzetti), supõe se que todas as perdas que ocorram no interior do aparelho, já estejam sendo consideradas neste rendimento de 85,6%, declarado.

No processo ocorrido dentro do Aquecedor de Passagem, o calor é transferido de um material para outro material, sendo que o objetivo final é que o ele chegue até a massa de água que se encontra, em movimento de sentido ordenado, dentro de um sistema de serpentina, disposta ao redor de uma câmara de combustão.

A transferência de calor ocorre gradualmente, com a temperatura crescendo, a medida que uma dada partícula de água se movimenta ao longo do percurso do tubo da serpentina. Todavia uma boa parte da energia térmica contida na água ainda se perderá, ao longo do percurso do trajeto entre a saída do aquecedor, até que ela chegue na ducha ou chuveiro, em uma relação diretamente proporcional ao comprimento do percurso e inversamente proporcional às condições de isolamento térmico encontradas, sendo influenciado ainda, em menor grau, por outras variáveis, como a própria vazão.

Isso tornas as contas que permitam uma comparação entre um chuveiro elétrico e uma chuveiro a gás bastante complicadas, até mesmo por que, os chuveiros elétricos são considerados aparelhos tão simples e tradicionais que, dados sobre o rendimento do seu processo termodinâmico sequer são encontrados mas, creia, a eficiência do sistema elétrico é bem maior do que do sistema a gás: a eficiência de um aquecedor de água a gás é cerca de 70% a 75% comparativamente à de um aquecedor de água elétrico.


E mais, o aquecedor a gás não poderá alimentar, simultaneamente, três chuveiros, como eu aventei no início, quando eu olhei para a potência e provoquei a comparação, mas apenas dois, no máximo. Isso está na norma NBR 13103/2011 (Adequação de ambientes residenciais para instalação de aparelhos que utilizam gás combustível), que especifica, também, as condições do ambiente de instalação.

Fazendo as Contas do que Pesa no Bolso: 

Segundo os dados de Características Técnicas disponibilizados no Manual do Instruções de Instalação, Funcionamento e Garantia, fornecido pelo fabricante junto com o equipamento, o aquecedor a gás LZ-800 FB pode elevar em 20 ºC a temperatura de 8,5 litros de água que passa por ele a cada 1 min, consumindo, para isso, 1,28 m3/h de GN.

Todavia, 8,5 litros é uma vazão bastante suficiente para dois chuveiros (de acordo algumas estimativas séria sobre a média anual, o consumo de água de um chuveiro elétrico é de 4,2 litros por minuto). Deste modo e, se a relação de consumo de gás/vazão de água nos aquecedores a GN for aproximadamente uma constante, então podemos dividir isso por 2 (dois apenas e não mais que dois, pois eu pessoalmente estimo que elevar a água em apenas 20 ºC me aparece pouco para os hábitos brasileiros que, em geral, demandará alguns poucos graus a mais, assim como uma vazão de água quente de 3 litros por minuto ou menos costuma irritar a maioria das pessoas).

Nestas condições operacionais, um banho de 15 min (1/4 de hora) consumirá 1,28 ÷ 4 ÷ 2 = 0,16 m3/h de GN. Quanto ao preço disso, está também sujeito a faixas de consumo, então eu vou olhar para a minha casa, onde 3 pessoas tem consumido 12 ~14 m3 / mês. Assim, de acordo com a tabela de Tarifas do Gás Natural Canalizado, Área de Concessão da Comgás, Deliberação ARSESP nº 340, de 30/05/2012, com vigência a partir de 31/05/2012, Segmento Residencial, considerando a parte fixa e variável, resulta em uma cobrança de R$ 3,99 / m3. O preço desse banho será de R$ 0,64. 

Quanto ao preço ao consumidor do kW.h elétrico, este também está sujeito a faixa de consumo mas, podemos estimar que uma grande maioria das residências da região da grande São Paulo está pagando algo em torno de R$ 0,47 por kW.h . Assim, um banho dos mesmos 15 min consumindo em média 5 kW de potência R$ 0,59. Uma diferença de aproximadamente 8%  a favor do banho elétrico, hoje em dia.

Se você se decepcionou com as contas, eu te digo, não se precipite: vale apena contratar abastecimento de gás para aquecimento de água, por uma série de razões, além daquelas duas que eu foquei no início (redução do problemático horário de pico, liberação de circuito de carga para abastecimento doméstico de VEs). São muitas as vantagens, por exemplo, de se ter a efetiva disposição uma fonte alternativa extra.

Fique Atento Tanto a Detalhes Quanto ao Todo:

Um problema específico dos aquecedores de passagem é que ele necessita de maior coluna d´água (geralmente mínimo de 3 metros). Em se tratando de casas térreas ou residências, quase sempre será necessário o uso de um sistema de pressurização hidropneumático ou um "pulmão" para garantir a vazão ideal de funcionamento.

Mesmo havendo altura (coluna d'água) suficiente para o acionamento, um aquecedor de passagem, poderá não funcionará de maneira adequada pois, havendo um misturador, pode ocorrer desequilíbrio de pressão quando se faz a mistura com a água fria, causando contra pressão no interior da tubulação e instabilidade no funcionamento do equipamento, com seu eventual desligamento por sobretemperatura.

E tem ainda mais uma questão: muitas pessoas ambientalmente conscientes preferem aquecedores de água elétricos, pois estes não geram emissão alguma na ponta do consumo. Já o gás natural pode ser um combustível fóssil de uso seguro e a tarifa atual cobrada pela Comgás, que é de R$ 3,23 / m3, pode ser um razoável atrativo para a maioria dos usuários, no entanto aquecedores movidos a gás natural liberam uma pequena quantidade de monóxido de carbono (não é a toa que ele é dotado de uma chaminé).

Quando se fala de matriz energética, é preciso estar cônscio de que se esta falando da somatória de todas as formas de energia consumida no país. Esta observação é importante pois, aqui no Brasil, nós estamos muito acostumados a olhar apenas para a geração de eletricidade, pelo fato de que é por causa disso que nós somos afortunados com uma matriz limpa, devido a nossa grande enfase em geração por hidroelétricas.

Com isso, ¾ da nossa energia elétrica é proveniente de fontes renovável, porém, quando se olha para a totalidade da energia consumida em suas várias formas, isso cai para apenas ½ da energia vindo de fontes renováveis. O Gás natural é uma fonte não renovável e ainda mais, em parte é importado da Bolívia, que formou uma rede com o sistema brasileiro de abastecimento de GN desde 2007.

É justamente ai que entra um fato no mínimo curioso: a formação da rede com a Bolívia se mostra ser, na prática, no mínimo desnecessária para Brasil, pelo menos ainda o é pois, como se pode observar nos dados disponibilizados na tabela abaixo, durante todo o período de 10 anos medido, o efetivo consumo de GN tem sido sempre menor do que a produção.


Esse talvez seja o bom motivo para se estimular o aumento da aplicação de uso do GN, via consumo residencial para aquecimento de água para banho.

O chuveiro elétrico começou a ser usado no Brasil na década de 1930 e se popularizou ainda mais na década de 1960 com a evolução da tenologia do plástico. Além do banho, o aquecimento elétrico de água é usado também em outras aplicações residenciais, comerciais e industriais. No ano de 2005 o chuveiro elétrico era usado em 73,5% das residências brasileiras, enquanto apenas 5,9% dos chuveiros usava GN e outro 18,2% não usam aquecimento, o que faz com que, onde há banho com água aquecida, a eletricidade seja responsável por 92,6% da energia consumida para esse fim.

Aqui se faz necessário entender que, o problema do chuveiro elétrico não é com respeito a potência instalada em si mas, sim, com respeito ao fato de que a demanda é realizada diariamente em uma estreita faixa de horário específica, causando o problema do “horário de pico” de consumo de energia elétrica, acrescentando algo em torno de 20 GW.h de consumo naquele curto período do dia. Esse é um outro bom motivo para se desejar converter os chuveiros elétricos para aquecedores a gás, principalmente nos grandes centros populacionais.

Quando ao carregamento de Veículos Elétricos, tudo me leva a crer que o habito de carregamento a ser realizado pelos usuário poderá complicar ainda mais o problema de “horário de pico”, uma vez que a conveniência tenderá fazer com que os usuário coloquem os seus VEs em carregamento no mesmo horário em que os chuveiros elétricos são mais usados. E ai, não adianta querer enfiar a cabeça na areia pois, mais cedo ou mais tarde os VEs virão e, quanto mais tarde vierem, mais madura a tecnologia estará e com mais desejo de compra os consumidores se encontrarão e, se a oferta permitir, a popularização poderá ocorrer bem rapidamente.

Elogiáveis projetos é pesquisas atuais, desenvolvidos com intuitos que visam o carregamento de baterias de VEs num záz-trás maravilhoso, terão utilidade apenas no modo de carregamento utilizado nas estações públicas. Os usuários de VEs serão pessoas comuns que continuarão a residir em residências comuns e, mesmo que essas venham a ter circuitos de instalações elétricas residências otimamente dimensionados visando o futuro, pensar em um elemento consumidor de potência elétrica acima de 10kW dentro de uma residência me parece ser uma loucura, estupidez mesmo eu não creio que as concessionarias do sistema elétrico poderão viabilizar isso, de modo massivo, ao longo de todo século XXI.

Desde modo, no que dependa da energia elétrica dentro de uma residência, o carregamento de uma bateria de um Nissan Leaf atual, por exemplo, de 24kW.h, não deve nem ser cogitado em ser realizado em menos de 2,4 hs. Carregar esse exemplo de VE puro em 15 minutos (ou até menos tempo como vem aventando as pesquisas realizadas), só será mesmo em possível se for realizado estações especiais da rede pública e as concessionárias deverão ainda pensar seriamente na instalação de sistemas pré-armazenamento amortecedores nestes locais, o que remete a necessidade de mais e mais baterias sendo empregadas.

Felizes dos que ousarem produzir tais baterias, então! O tempo deles chegou mas, está complicado para todo mundo pois, a exigência dessas baterias requer mesmo uma produção com especificações bastante especiais e rigorosas e, quanto a isso, nem adianta chorar, é arregaçar as mangas e trabalhar.

Até lá, é bom que algumas dezenas milhões de chuveiros elétricos já tenham sido desligados, e a oferta de GN esteja sendo melhor aproveitada com um considerável aumento do consumo de GN, ao menos via emprego de aquecimento de água nas residências brasileiras. Se por um lado isso cause algum aumento na participação dessas residências nas emissão de carbono, isso será amplamente compensada por uma redução muito maior no mesmo tipo de emissão pelo carros.

Nessa segunda onda os VEs irão vingar no mercado, sim, mesmo que seja se popularizando aos poucos (como aconteceu com os carros tradicionais entre 100 e 80 anos passados, a partir do Ford Model T ou Ford bigode) pois, o restante da humanidade lá fora não consegue se voltar a produção massiva de etanol. Nem nós produzimos tanto assim para nós e para o mundo todo pois, com a terra precisamos ainda produzir muitas outras coisas também, além de preservá-la e dar o devido descanso para que ela possa produzir sempre.


Caso nenhum programa de infraestrutura de carregamento público de VEs for levada a cabo em tempo hábil no nosso pais (e eu tremo só de lembrar de que isso é possível), restará a nossa engenharia criativa desenvolver sistemas para converter gás natural em carregamento elétrico para essas baterias (isso se a tarifação por faixa de consumo de GN permitir no bolso).

Eu creio que, salvo a única rara exceção da oferta de produtos pela empresa norte americana ClearEdge Power, isso ainda não esteja sendo viabilizado comercialmente, em termos de micro-plantas gás => elétrico para emprego doméstico, em nenhum outro lugar do mundo. Utilizando-se das pouco exploradas comercialmente Células Combustíveis, é possível  se obter tanto eletricidade quanto calor, a partir do GN, por um processo eletroquímico que evita a necessidade de oxidação violenta (queima) do gás. Ai, quem sabe, pode-se sonhar com o tal carregamento zás-trás dos VEs em casa, ao mesmo tempo em que você toma um relaxante banho quente. 

Mas lembre-se que as baterias deverão ser sempre pensadas e operadas, tanto na hora de tracionar os VEs, quanto nos seus ciclos de carregamento, para durar, durar e durar, caso contrário, se algo compromete seriamente a vida útil dela, isso resultará numa péssima ideia e, assim, nada feito. Ter que reciclar o Lítio e o Cobalto será necessário um dia e, por mais me façam cócegas nos meus ouvidos, eu creio que isso ainda é bastante complicado também.

Obviamente que isso tudo não significa que não precisaremos construir mais hidroelétricas, ao contrário, precisaremos continuar expandindo a hidro geração, sim, mesmo que isso envolva o crescente desafio de, praticando uma justa justiça, termos que indenizar os nosso povos indígenas.

Porém, precisaremos também fazê-lo de uma maneira mais adequada, investindo maciçamente em tecnologias de transmissão e distribuição (e eventual armazenamento distribuído) da energia elétrica, que venham a propiciar uma considerável redução nas perdas deste processo, as quais ocorrem, atualmente, principalmente devido a vastidão do sistema elétrico de nosso país, que transporta a energia por mais de 100.000 km de linhas de transmissão pelo sistema interligado, em grande parte, ainda, instaladas com tecnologia já defasada.

Atualmente, o sistema de rede de distribuição de GN ainda é um fator limitante. Ele está em gradual expansão e deve continuar também expandindo ainda mais, apesar de uma certa morosidade nos trabalhos.  A rede formada com a Bolívia passará em breve a ser (mais) importante, também, nesse cenário de crescimento. Tudo isso gera oportunidades para investidores e empreendedores nacionais e estrangeiros em todos os setores de energia e de mobilidade automotiva no Brasil.

Que Deus esteja conosco!

Veja também:


Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grid) e os Veículos Elétricos


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