Máquina Combinando Motor Elétrico de Tração com Compressor de Ar-Condicionado Provê Maior Autonomia para os VEs

Universidade Tecnológica de Nanyang - Singapura

Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU – Nanyang Technological University, em Cingapura) e do Centro Aeroespacial Alemão (DLR – Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt) elaboraram um novo designe de motor que, está sendo chamado de Motor Elétrico 2-em-1, o qual integra, numa mesma máquina elétrica (numa mesma carcaça), as funções de máquina elétrica⁽¹⁾

de propulsão (motor / gerador) do sistema de transmissão (tração / frenagem) de um VE (Veículo Elétrico), e a de compressor de ar, para o sistema de ar-condicionado do VE. Esta integração, resulta tanto em maior eficiência energética, quanto numa  economizando de espaço e peso.

O que isso tem de inovador é que, em projetos até agora ainda tradicionais, o motor elétrico e o compressor do ar-condicionado são concebidos, normalmente, como duas unidades separadas.

Este designe combinado resulta em uma economia de espaço, permitindo, por exemplo, o emprego de pacotes de bateria maiores, o que pode aumentar a autonomia dos VEs, para estimadamente algo em torno 15% a 20%.

Explicando o invento, o Prof. Subodh Mhaisalkar, Diretor Executivo do Instituto de Pesquisas Energéticas da NTU afirmou: "O maior desafio com carros elétricos em megacidades tropicais é a autonomia de rodagem que os VEs podem realizar com uma carga (de bateria) completa, porque as baterias são necessárias para alimentar tanto o motor (do sistema de tração), quanto o ar-condicionado. Em países tropicais, como Cingapura, até a metade da capacidade da bateria é usada para alimentar o sistema de ar-condicionado."

Motor elétrico 2-em-1 - Vista em Corte

O novo design 2-em-1 permite que o motor elétrico seja mais eficientes na tração de rodas do carro, enquanto que o seu compressor de ar-condicionado, que é integrado, consome menos energia devido à sinergia entre o motor e o compressor, enquanto que o compressor também pode aproveitar, diretamente, a energia que é regenerada pela frenagem da máquina elétrica do carro, evitando ter que proceder a devolução dela para a bateria, para depois ser aproveitada.

Devido o esse potencial aumento de autonomia de rodagem, através maximização da eficiência do uso da energia, a invenção ganhou, recentemente, o prêmio de Melhor Originalidade no Concurso Internacional Tecnologia Verde (TECO), realizado em Taiwan, que neste ano recebeu 19 inscrições de universidades, incluindo a Universidade de Boston e da Universidade da Califórnia (UCLA). A equipe está se candidatando a uma bolsa Proof-of-Concept (POC) em Cingapura.

O motor elétrico pode assumir os fatores de forma tanto axial, quanto radial, para atender a qualquer tipo de topologia de sistema de transmissão de VE atual, inclusive ser usado para impulsionar o veículo integrado diretamente às rodas. A equipe da parceria NTU / DLR pretende desenvolver novos protótipos, depois dos quais a DLR realizará mais testes, melhorias e refinamentos para o novo motor em suas instalações na Alemanha, com o objetivo de eventual comercialização.

Motor 2-2m-1: Solução integrada de design para ar-condicionado veicular

Prof. Mhaisalkar disse que o novo motor elétrico não só ajudará a aumentar o alcance, mas também vai custar menos para produzir, já que exige menos material do que suas contrapartes (produzidas separadas). O resultado é que tanto o peso, quanto o tamanho da máquina combinada é reduzida. Como o projeto integrado combina as duas das partes atuadoras mais importantes de um VE, reduzindo sua complexidade, volume e peso, em uma solução energética altamente eficiente, esta inovação pavimentará o caminho para o alargamento da autonomia dos VEs.

"Com a população mundial de VEs se define para crescer rapidamente para 20 milhões em 2020, a a combinação mais eficiente do motor elétrico com compressor de ar-condicionado, permitirá que os carros rodem por maiores distâncias, com uma única carga (de bateria)", acrescentou o Prof. Mhaisalkar. "Esta eficiência energética, reduz as emissões globais de efeito estufa e promove soluções de transporte sustentáveis."

"Esta solução integrada de design para ar-condicionado encurtará o caminho em direção (a meta de) de se reduzir a ansiedade por autonomia dos motoristas (de VEs), (além de) reduzir os custos de manutenção, economizando tempo e dinheiro para os motoristas." Para os fabricantes de automóveis, o novo motor elétrico também vai custar menos para produzir, já que exigirá menos material do que suas contrapartes. Tanto o peso e tamanho do motor elétrico são reduzidos, disponibilizando mais espaço para outros componentes, tais como (módulos) de bateria extra.

Pesquisador acadêmico Sr. Satheesh Kumar
e as partes do novo motor elétrico 2-em-1

Dr Michael Schier, do Instituto de Conceitos de Veículos do DLR, disse: "Para os VEs, (em muitas regiões em que eles são e serão empregados), o ar-condicionado utiliza uma grande quantidade de energia elétrica, (tomando carga da bateria), reduzindo assim a autonomia dos VEs, em até 50%, para aumentar a eficiência energética e a autonomia dos VEs, o gerenciamento térmico e a integração de funções adicionais nos componentes existentes no sistema de transmissão desempenhar um papel importante".

"Ao integrar o compressor do sistema de refrigeração (de ambiente) diretamente ao motor elétrico, poupamos componentes, peso e custos. Simultaneamente, boa parte da energia cinética da frenagem regenerativa é transmitida diretamente para o compressor de refrigeração e, portanto, eficiência adicional e acrescentada.", acrescenta o Dr Michael Schier.

O acadêmico de pesquisa, Satheesh Kumar do Instituto de Pesquisas Energéticas do NTU disse o motor elétrico integrado (ao compressor) desafia o projeto convencional que remonta para a década de 1960, quando o ar-condicionado se tornou popular (nos veículos automotores). "Naquela época, ar-condicionado era algo novo, que era uma característica extra para um carro de motor de combustão", disse o pesquisador de 29 anos de idade, de Cingapura.

"Uma vez que estamos agora projetando VEs a partir do zero, não vejo nenhuma razão por que devemos manter as duas unidades separadas", disse o Sr. Satheesh Kumar. "Assim, comprovamos que a combinação dos dois nos dá sinergia: uma utilização mais eficiente da energia elétrica, e também melhora o freio motor, que para o carro mais rápido, com menor desgaste das pastilhas de freio."

Notas:

1. Pela definição clássica, o termo "Máquina Elétrica" é sinônimo de ambos, tanto de “Motor Elétrico” quanto de “Gerador Elétrico”, os quais são conversores de energia eletromecânicos, capazes de realizar tanto a conversão de energia elétrica para energia mecânica (motor elétrico) ou de energia mecânica para energia elétrica (gerador elétrico). O movimento envolvido na energia mecânica pode ser linear ou rotativo. Nas aplicações em sistemas de propulsão de veículos automotores, em geral, emprega-se máquinas rotativas. Na grande maioria das aplicações das máquinas elétricas, incluindo, entre elas, a aplicação em que um “motor” é destinado para ao sistema de propulsão de Veículos Elétricos (VEs), é muito mais correto se manter o uso do termo “máquina elétrica”, principalmente pelo fato de que ela (a máquina elétrica) estará, eventualmente, operando em ambos os modos: tanto no “modo motor” como no “modo gerador”, dependendo do regime de movimento da máquina elétrica. O modo que a máquina elétrica opera depende do modo como o próprio veículo está sendo conduzido. Se o veículo é conduzido em “modo de tração” (onde existe aceleração ou manutenção da velocidade do VE), a máquina elétrica opera, efetivamente, como um motor. Todavia, se o veículo é conduzido em “modo de frenagem” (em que ocorre desaceleração do mesmo), a máquina elétrica que (erroneamente) chamamos de motor, na verdade, operará como um gerador elétrico. Saiba mais em: 
   
   

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   Freio Regenerativo (Sistema de Recuperação de Energia Cinética)

    

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Híbrido Toyota Prius será fabricado em São Bernardo do Campo - SP?

Tão interessante quanto anunciar que o VE híbrido  deverá passar a ser fabricado em São Bernardo do Campo - SP, é a origem desta notícia. Estranhamente, ela não se origina da empresa montadora veículos automotores Toyota mas, sim, do Sindicato dos Metalúrgicos do ABC.

E a notícia nem é de agora, como todos estão anunciando mas, ela já vem desde 13/06/2014, quando o próprio sindicato em questão anunciou que Metalúrgicos aguardam abertura de 300 vagas na Toyota para produção do VE híbrido Toyota Prius.

Na ocasião do comunicado, foi colocado que  a montadora aguardava um pacote federal de incentivos ao setor, para fabricar o modelo híbrido Prius na fábrica de São Bernardo, ou seja, para iniciar as 300 contratações e a linha de produção.

Ainda naquele comunicado, o sindicato explicava, por meio do seu presidente, Rafael Marques, que a montadora havia firmado um acordo com o sindicato, prevendo reajustes salariais, PLR (Participação nos Lucros ou Resultados) e benefícios até 2016, e detalhava: “O acordo com a montadora prevê este carro em São Bernardo, atrelado a investimentos e contratações."

Marques afirmou ainda que "A Toyota é uma das empresas que mais investem em treinamento dos funcionários. Portanto, boa parte deles já está apta a atuar na produção deste carro. Para implantar a nova linha, a fábrica precisará de espaço e, por isso, estuda mudanças internas”. Segundo o sindicato, a estimativa é de que sejam fabricadas, inicialmente, 3 mil unidades por ano a partir de 2016.

Metalúrgicos votam em assembleia condição para produzir o carro elétrico

O estranho é que, importantes órgãos de imprensa, como o jornal O Estado de São Paulo, esperou por quase quatro meses para fazer eco àquele comunicado do sindicato. Ainda assim, em sua recente postagem, OESP declarou que "A Toyota não confirma, mas o Sindicato dos Metalúrgicos do ABC sim.", de modo que, ainda mais estranho, é o fato da montadora relutar em confirmar uma notícia que, se verdadeira, lhe servirá como propaganda de grande impulso junto ao mercado.

Ainda que seja notório que, desde quando os fabricantes de veículos associados à Anfavea apresentaram ao governo, em Julho/2013, uma proposta de consenso sobre incentivos a carros com propulsão híbrida e elétrica, as montadoras fujam de compromissos em proposta para VEs híbridos e puramente elétricos, é muito estranho que a Toyota, em função disso, deixe de capitalizar, confirmando uma notícia que tende a inferir a seu favor diante da opinião pública.

No mesmo concurso de estranheza, encontramos o montante que está sendo destinado ao projeto, apregoado no mesmo anúncio do OESP: R$ 60 mil (menos da metade do preço de venda de uma única unidade do VE híbrido Toyota Prius importado). Mesmo que, inicialmente, seja apenas uma produção de carros na modalidade montagem de kits importados do Japão, essa quantia me parece ser algo bem surreal para o projeto, e deve ter sido um erro de edição no artigo de OESP.

Já, segundo o site especializado Automotive Business, em postagem recente, citando como fonte o mesmo presidente do Sindicato dos Metalúrgicos do ABC, Rafael Marques, a montadora investirá R$ 60 milhões (e não R$ 60 mil) em uma linha de montagem para montar parcialmente o carro no País. Mas a expectativa, agora, já é a de que a fabricação gere 500 novos empregos (e não mais apenas 300).

Todavia, o OESP alerta que, de parte da Toyota, a única informação que há é de que o Prius importado do Japão vai ter o preço reduzido nos próximos dias, em razão da medida de incentivo anunciada pelo governo federal no mês passado (Setembro/2014). O Imposto de Importação do Toyota modelo Prius caiu de 35% para 4% e, isso deve, sim, aumentar as vendas do Toyota Prius, desde que possibilite a via de diminuição do preço ao consumidor, que hoje é vendido a R$ 120,8 mil.

Vale lembrar que, desde janeiro de 2013, quando o Prius começou a ser importado, foram vendidas apenas 386 unidades (o que é desalentador) mas, o novo valor do preço de venda ao consumidor ainda está em estudo, segundo Ricardo Bastos, gerente-geral de assuntos governamentais da Toyota. Outro modelo híbrido da Toyota, também beneficiado pela redução da alíquota de imposto, e que deverá ter, em consonancia, o preço reduzido é o Lexus CT 200h, hoje vendido a partir de R$ 134 mil. Os dois veículos híbridos são movidos por uma combinação de gasolina e de eletricidade (como é característico dos VEs híbridos).

Vale lembrar, ainda, quer esta medida vem por, praticamente, em pé de igualdade, os incentivos aos híbridos da Toyota, em relação a outro híbrido, também já vendido no Brasil, o Fusion da Ford, que por ser importado do México, não recolhe imposto de importação, em razão do acordo de comércio no âmbito automotivo entre os dois países.

Uma vez que redução de impostos de importação não incentiva a produção nacional, resta esperar, que os termos do acordo conseguido pelo Sindicato dos Metalúrgicos do ABC realmente resulte em fatos, pois, caso isso aconteça, ao longo do tempo, quando a escala de produção aumentar, diversos componentes poderão ser nacionalizados.

No site da Automotive Business, de acordo com o dirigente do sindicato, a direção da fábrica vem definindo o assunto com o conselho administrativo da montadora e o anúncio deve ser feito em novembro, mas pode-se arriscar que ocorrerá no fim de outubro, durante as entrevistas coletivas na abertura do Salão do Automóvel.

Quanto aos detalhes da redução de imposto de importação, em uma reunião realizada em 18/09/2014, pelo conselho de ministros da Câmara de Comércio Exterior, a Camex, presidida pelo Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (MDIC), a partir da inclusão de novos produtos na Lista Brasileira de Exceções à Tarifa Externa Comum, Letec, o governo decidiu reduzir de 35% para até para zero, 2%, 4%, 5% e 7%, dependendo do ex-tarifário a ser enquadrado, o imposto de importação de veículos híbridos até 31 de dezembro de 2015.

A medida beneficia  com a redução da alíquota os automóveis sem tecnologia de recarga externa, de cilindrada entre 1.0 e 1.5, enquanto veículos híbridos com cilindrada superior a 1.5 e inferior a 3.0, também foram incluídos nas mesmas condições. A medida reflete a aceitação de um pleito da Anfavea, associação das montadoras instaladas no País, que em julho de 2013 entregou ao governo um pedido de isenções imediatas de impostos para alavancar no Brasil as tecnologias alternativas de propulsão, com foco na redução de emissões

Já, quanto ao pacote do governo federal era esperado, a princípio (desde junho/2014), pelo sindicato, era anunciado que ele previa incentivos fiscais para montadoras com fábricas instaladas no país, que investissem em pesquisa e desenvolvimento para a produção de veículos que consumam menos combustível e que emitam menos poluentes. As metas estariam embutidas no Programa Inovar-Auto, que visa a aumentar a competitividade do setor automotivo e melhorar em, no mínimo, 12% a eficiência energética dos veículos.

Os detalhes ainda não foram divulgados pelo governo federal, mas Marques afirmou haver entregue, nas época, um relatório com sugestões de ações para serem acrescentadas ao pacote à presidenta Dilma Rousseff, enquanto afirmou: “A região (ABC) é a mais preparada para atender ao novo desafio. Temos profissionais preparados, e diversas instituições de ensino. Somos o berço do setor automotivo no país e por isso temos uma bagagem de conhecimento e estrutura”.

O híbrido Toyota Prius  é um VE equipado com dois motores, um a gasolina de 1.8 litro e outro elétrico, com potência total combinada de 138 C.V.. Rodando a uma velocidade de até 50 km/h, apenas o motor elétrico funciona. Quando essa velocidade é ultrapassada, os motores trabalham em conjunto, o que garante um consumo médio de 25,5 km/l, de acordo com a montadora.

Já, quanto aos modelos puramente elétricos, como o Nissan LEAF, o BMWi3 e o Mitsubishi i-MiEV, entre outros, eles não estão incluídos no plano de benefícios de redução de alíquota de imposto de importação, o que continua, então, a ser esperado para um futuro próximo.

A restrição aos VEs Plug-in, que é claramente expressa medida do governo (contemplando, apenas, automóveis sem tecnologia de recarga externa), além de postergar decisões sobre implementação de rede de abastecimento para VEs no país, permite, ainda, às montadoras, despejar no Brasil excedentes de produção de carros com uma tecnologia anterior, menos eficiente e ultrapassada.

As discussões sobre a eficiência e o custo dos VEs já vinha ocorrendo, tanto no setor automotivo, quanto no energético, envolvendo, naturalmente, também o governo. Mas com esta recente redução do imposto de importação para híbridos não plug-in (sem capacidade de recarga externa), o assunto deve ganhar mais força, já que o segmento dos VEs puramente elétricos ficou fora do benefício.

Em Julho/2012, este blog fez referência ao Início dos Testes do Nissan LEAF no Brasil, que começaram efetivamente em 11/06/2012, a partir da entrada em operação de duas unidades do LEAF na frota de táxis de São Paulo. Os veículos faziam parte de um acordo fechado entre a Prefeitura de São Paulo, a AES Eletropaulo e a aliança Renaut-Nissan no Brasil, que previu a entrega de um total de 10 unidades do VE, o que se cumpriu com Segunda Fase do Projeto Táxi Elétrico em São Paulo, ainda no final de 2012.

Hoje, transcorridos dois anos, a maioria desses táxis Nissan LEAF já rodou na faixa dos 70.000 km e são considerados ótimos, modernos e sem luxos desnecessários para um táxi. Apesar de a autonomia declarada ser maior, na prática, eles estão rodando 130 km com uma carga completa, o que, para um particular, é mais do que suficiente para ir e voltar do trabalho. A manutenção, também, tem sido mínima, porque o veículo não tendo um motor a combustão, não exige óleo, correias, velas, etc. Apenas pneus e baterias comuns foram trocados na maioria dos veículos.

Os passageiros, sejam paulistanos ou aqueles apenas de passagem por São paulo, têm reparado e aprovado a modernidade, principalmente pelo silêncio. Parado ou rodando, o carro elétrico não faz barulho. E com referência à economia do VE puro, como foi demonstrado aqui, neste blog, na série de postagens titulada Como Comparar Custos de Consumo entre Veículos a Combustão e Veículos Elétricos, chega a ser 2,68 vezes mais econômico do que a de um VCI (Veículo a Combustao Interna), enquanto que, na prática, os taxistas estão alegando ser de até quatro vezes mais barato que a gasolina.

A maior queixa dos profissionais que operam estes taxis tem sido a ainda reduzida infrestrutura para o carregamento, pois, devido a dinâmica da operação, o carregamento dos táxis tem precisado ser, prioritariamente, rápida: são apenas cinco pontos de carregamento rápido espalhados nos quatro cantos da cidade e um no centro. Mesmo assim, as frotas de táxis aprovaram o veículo. Há mais de um ano, outras 116 unidades do Toyota Prius, também rodam como táxis nas empresas paulistanas.

Última Atualização:

Em meio aos "disse que me disse", vem um BALDE DE ÁGUA FRIA: ESPERAR 3 ANOS!?! ... Toyota Prius será produzido no Brasil em 2018, afirma jornal japonês. Mas quando vier, tudo indica que irá trazer alguma exclusividade, como a adoção de um "Motor Flex em conjunto com o Bloco Elétrico", uma combinação ainda inédita no mercado mundial.

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A Bateria de Fluxo nanoFLOWCELL® e o VE Superesportivo Quant e-Sportlimousine

A maior novidade do mundo dos VEs ou, melhor dizendo, para o mundo dos VEs, não vem de nenhuma das empresas já bastante conhecidas, e que já estão empreendendo comercialmente nesta área mas, sim, de um empreendimento totalmente novo e absolutamente desafiador: a empresa com sede na Suíça (mas registrada em Liechtenstein) criada pelo empresário cientista Nunzio La Vecchia, NANO FLOWCELL AG obteve recentemente em Munique, na Alemanha, a autorização para começar a testar o VE denominado Quant e-Sportlimousine nas ruas e rodovias da Europa.

Mas o que há de novo e realmente importante no conceito desse “carrão”, literalmente, que mede 5,25 m de comprimento, 2,20 metros de largura, 1,35 metro de altura (e, com isso, supera a versão de chassis longo do mais recente Mercedes-Benz Classe S), além de pesar 2.300 kg, e cuja unidade está prevista a ser orçada para cerca de 4 vezes o preço do modelo mais luxuoso dos possantes VEs da Tesla Motors? (nem preciso dizer que isso é perto de R$ 1.000.000)

A resposta é: o seu sistema embarcado de armazenamento de energia elétrica. Sim, a designação que eu preciso empregar, agora, tem que ser assim mesmo, mais genérica e menos específica, justamente para poder abrigar a nova tecnologia da NANO FLOWCELL AG em armazenamento de energia elétrica. Muito mais do que o protótipo deste VE, em si, é a tecnologia de Célula de Fluxo (ou Bateria de Fluxo) que merece a maior atenção real.

A nova tecnologia, apesar de ser baseada na química da combinação de lítio (Li) e enxofre (S), não se trata, exatamente, de um pacote de bateria composto de células que armazenam energia elétrica recarregável por meio da eletroquímica do lítio, como aqueles que são empregado na grande maioria dos VEs atuais. No entanto, tão pouco, ela se trata, especificamente, de uma pilha de células de combustível, que produz energia elétrica, pela conversão a partir da combustão a frio do hidrogênio (H) combinado com oxigênio (O), como aquela que move, por exemplo, um Honda FCX Clarity.

Uma bateria de fluxo típico consiste de dois tanques de líquidos que
são bombeados passado uma membrana realizada entre dois eletrodos.

A base da tecnologia da “bateria” da NANO FLOWCELL é a de Célula de Fluxo: uma bateria química que combina os aspectos de uma célula eletroquímica acumuladora, com os de uma célula de combustível e, segundo a própria empresa desenvolvedora, esta tecnologia é um farol de esperança, porque é um meio de armazenamento especialmente simples e eficaz para a energia elétrica.

A verdade é que, até agora, as leis da física têm mantido a porta de resultados práticos fechada para a maioria dos esforços de se criar um método simples e verdadeiramente eficiente para armazenamento de energia elétrica. Apesar de a energia elétrica ser a forma de energia que mais fácil e eficientemente pode ser convertida para outras formas de energia, ela continua, por uma série de razões, sendo difícil para ser armazenada.

Alguns, estranhamente, classificam uma Bateria de Fluxo como uma Célula de Combustível Recarregável, mas o fato é que nelas um eletrólito contendo um ou mais elementos eletroativos dissolvidos flui através de uma célula eletroquímica, que converte energia química reversível diretamente em energia elétrica. Em outras palavras, uma bateria de fluxo é como uma célula eletroquímica, com a excepção de que a solução iônica (eletrólito) não está armazenado na célula em torno dos eletrodos. Em vez disso, a solução iônica é armazenada no exterior, fora da célula, e pode ser alimentada, por bombeamento, para dentro da célula, a fim de gerar eletricidade.

Assim, quantidade total de energia que pode ser gerada não depende do tamanho da célula, mas, sim,. depende do tamanho dos tanques de armazenamento. Contudo, a potência, está sim permanece associada à área da superfície dos eléctrodos da célula.

A célula de fluxo pode vir a ser primeira tecnologia que poderá atingir armazenar, de forma eficiente, quantidades significativas de energia (densidade elevada de energia) e oferecer disponibilidade da energia convertida em tempo rápido. Até agora, outras células de fluxo com base em Princípios Redox têm sido, não apenas demasiadamente pesadas mas, também as suas taxas de conversão de energia correspondendo a um processo demasiadamente lento para uso em aplicações móveis.

Baseada em uma tecnologia realmente nova, anunciada em 2014, sob a designação comercial nanoFLOWCELL®, que utiliza química de lítio e de enxofre, dispostos numa rede de nanopartículas, onde eletrólitos líquidos circulam por duas células separadas, nas quais a "queima a frio" (semelhante à que ocorre nas células de combustível) tem lugar, durante a qual os processos de oxidação e redução ocorrem concomitantemente, produzindo, assim, energia elétrica.

O eletrólito líquido, o qual é mantido em dois tanques (200 litros cada um) e bombeado através da célula. No coração do sistema, espremida entre os eletrodos, está uma membrana que separa as duas químicas diferentes. Uma troca controlada de cargas libera energia elétrica que é usada para alimentar os motores elétricos.

As melhorias que resultaram num grande aumento de desempenho em relação às tecnologias de célula de fluxo anteriores são o resultado de pesquisas sobre a química quântica de fluidos eletrolíticos, que propiciou obter uma concentração extremamente elevada de portadores de cargas iônicas no eletrólito da célula de fluxo, permitindo atingir uma elevada densidade de energia.

A energia elétrica produzida pode servir para vários fins mas, parece que está sendo visada, neste primeiro momento, principalmente, para alimentar o sistema de transmissão de um portentoso VE, que foi apresentado desde o último mês de Março, durante o Salão do Automóvel de Genebra, Suíça: o Quant e-Sportlimousine.

Segundo a empresa desenvolvedora, a nanoFLOWCELL® é extremamente estável, segura de operar, e ambientalmente amigável, além de o meio de armazenamento de energia eletrolítico não se degradar e não sofrer desgastes, o que se traduz que, supostamente, está bateria de célula de fluxo deve ser, também, bastante durável.

Entretanto, ao que parece, a maior vantagem desta bateria de célula de fluxo atual está em sua densidade de energia: A nanoFLOWCELL® tem 5 vezes mais densidade de energia do que as tecnologias de células de fluxo anteriores e, com isso, que pode conduzir um VE por cerca de 5 vezes mais autonomia de rodagem do que a tecnologia de bateria de íons de lítio, que alimenta a maioria dos carros elétricos de hoje.

Com ambos tanques cheios de eletrólito carregado (400 litros no total), o QUANT e-Sportlimousine retorna uma autonomia projetada entre 400 e 600 km (249-373 milhas).

Sistema de transmissão do VE Quant e-Sportlimousine:
Nos dois tanques de 200 litros (total de 400 litros), o electrólito líquido
é armazenado no túnel central traseiro do veículo. 

Além disso, recarregá-lo não leva tanto tempo e, ao contrário do que muitos leigos estão a devanear, não é necessária nenhuma recarga conectada a fonte de energia elétrica, pois, tal qual uma célula de combustível que consome o hidrogênio do tanque, a bateria de fluxo NanoFlowcell consome a carga do eletrólito que se encontra no tanque.

Assim, a princípio, é necessária apenas a troca do eletrólito líquido desgastado (que pode ser descarregado fora do veículo), e substituído por um fluido novo, carregado. Um problema com este sistema parece ser justamente com relação a este combustível líquido, pois a imaginação criativa das pessoas já vem criando o mito que se trata apenas de simples água salgada, mas não é.

Todavia, a NanoFlowcell afirma que o eletrólito especial não contém quaisquer componentes prejudiciais ao meio ambiente, além de apontar que ele é composto de várias substâncias não tóxicas e que, "se for suficientemente diluído, poderá mesmo ser eliminados através de plantas normais de tratamento de esgoto”.

Isso também sugere que o tal eletrolito provavelmente não possa (ou que não exista interesse) dele vir a ser reciclado (e recarregado) para voltar a ser utilizado. No entanto, se confirmada, a alta eficiência e sustentabilidade ambiental do nanoFLOWCELL®, isso poderá abrir novos e interessantes horizontes em muitas áreas, além dos VEs, como por exemplo:

• Para a indústria aeroespacial, que está à procura de tecnologias alternativa de bateria de bordo;
• Para a indústria de transporte ferroviário, que está em busca de novas formas de economizar energia.

A NANO FLOWCELL AG alega que células de fluxo já estão em uso doméstico, e que o nanoFLOWCELL® poderia cobrir as necessidades de energia para casas individuais, e até mesmo para cidades inteiras.

Quando dissemos que a nanoFLOWCELL® tem 5 vezes mais densidade de energia do que as tecnologias de células de fluxo anteriores, significa que a tecnologia geral das células de fluxo não é coisa nova, mas advém de outras pesquisas tão antigas quanto as que foram realizadas pela NASA no final da década de 1970, com células de combustível regenerativas (reversíveis) para emprego nos protótipos do satélite de pesquisa atmosférica Helios.

O que é novo, na nanoFLOWCELL® é justamente, a aplicação da nanotecnologia no desenvolvimento dos elementos, associada, também, a escolha da eletroquímica do lítio (Li) combinado ao enxofre (S). Em virtude do baixo peso atômico de lítio e peso moderado de enxofre, as baterias Li-S são relativamente leves e notáveis por sua alta densidade de energia, além de propiciar redução de custos com o uso de enxofre.

A química do lítio enxofre, quando dispostos numa rede de nanopartículas, tal qual foi aplicado para a nanoFLOWCELL®, segundo a empresa, elimina a exigência de que as cargas se movimentem para dentro e para fora de partículas que estão em contato direto com uma placa condutora, fato que ocorria com as baterias de fluxo de tecnologias anteriores. Em vez disso, a rede de nanopartículas permite que a corrente elétrica flua através do líquido e, ao que tudo indica, este é o diferencial que permite que mais energia ainda seja extraída.

Quanto ao protótipo do VE em testes, em agosto de 2014, o Quant e-Sportlimousine foi aprovado para testes em estradas públicas, utilizando o sistema nanoFLOWCELL® com uma densidade de energia alegada de 600 W.h por quilograma (ou por litro de eletrólito aquoso salgado).

Uma coisa que me parece clara quanto ao Quant e-Sportlimousine é que ele está sendo pensado como um carro para ser um VE da classe superesportivo, feito totalmente fora de série, como algo do tipo para competir com as versões do Bugatti Veyron, e de alguns outros superesportivos fora de série assemelhados. 

Para isso, este VE conta com quatro motores elétricos de fluxo axial, de 227 CV de potência cada um, um para cada roda, com um pico de torque alucinante de 2900N.m x 4.

Embora tenha 908 CV (668 kW) combinados no total, por motivos de segurança sua potência operacional máxima é bloqueado em 644 CV (474 kW) e, ainda assim (e apesar de seu peso de mais de 2 toneladas), o VE vai de 0 a 100 km/h em meros 2,8 segundos, sendo capaz de atingir a velocidade máxima de 378 km/h.

Ele deverá ser, também, o veículo de apenas quatro lugares (motorista + passageiros) mais pesado do mundo, com seus 2.300 kg (quase relativamente, tão horrivelmente pesado, quanto a própria Homepage do site da empresa). Mas creio que é bem isso mesmo que uma limousine esportiva deva ser.

O Quant e-Sportlimousine se apresenta com muito luxo e sofisticação em todos os detalhes, com acabamento em madeira, cobre e couro, e se destaca por seu design arrojado, com especial atenção para as portas no formato “asas de gaivota” mas, nem por esse detalhe, ele poderá estar em competição direta de mercado com outro VE esportivo de luxo, o Tesla Modelo X, que chegando às ruas somente no segundo semestre de 2015, deverá custar bem menos de 1/3 do preço previsto para o Quant e-Sportlimousine.

De qualquer modo, ele é um VE e, só por isso, terá sempre espaço aqui. Vale lembrar, ainda, que a NANO FLOWCELL AG conseguiu a proeza de, desde Fevereiro de 2014, atrair a Bosch Engineering GmbH para a parceria no projeto de todo o sistema eletroeletrônico do Quant e-Sportlimousine com o sistema nanoFLOWCELL®, visando, ainda, a facilitação para a homologação do protótipo do carro em um produto comercializável.

A Bosch Engineering GmbH é uma subsidiária integrante do grupo Robert Bosch GmbH, um dos mais respeitáveis do mundo, com sede em Abstatt, Alemanha. Desde 1999, a Bosch Engineering GmbH, com mais de 1850 funcionários em todo o mundo (1600 somente na Alemanha), vem oferecendo serviços de engenharia para aplicações automotivas, industriais e marítimos, transportes ferroviários e veículos comerciais, aplicações fora de estrada, bem como motocross – independente dos números reais de produção necessários.

Enquanto isso, mundo afora, outras tecnologias de baterias de fluxo também vão sendo investigadas e desenvolvidas, visando aprimoramentos, além daquela que é a mais tradicional, denominada Célula Redox (por causa das reações de redução-oxidação), aonde a tecnologia da nanoFLOWCELL® pode, muito bem, ser classificada, apesar da notória diferenciação que é provida pelo emprego de nanotecnologia, tais como, brevemente resumidas:

• Híbrida: A bateria de fluxo híbrida utiliza um ou mais componentes depositados eletroativos, como uma camada sólida. Neste caso, a célula eletroquímica contém um eletrodo de bateria e um eletrodo de célula de combustível. Este tipo é limitado, em energia, por área da superfície do eletrodo. As baterias de fluxo híbridas incluem baterias de fluxo com base no zinco, no bromo, no zinco cério e de chumbo ácido;

• Sem Membrana: As membranas são, muitas vezes, não apenas o componente mais caro, como, também, e o componente mais inconfiável de baterias de fluxo, na medida em que eles podem se corroer com a exposição repetida a determinados reagentes. Esta bateria utiliza um fenômeno chamado de fluxo laminar. em que dois líquidos são bombeados através de um canal. O projeto utiliza um pequeno canal entre dois eletrodos, e os líquidos bombeados sofrem reações eletroquímicas para liberam energia, enquanto o fluxo separa, naturalmente, os líquidos, eliminando a necessidade de uma membrana;

• Orgânica: utiliza 9,10-antraquinona-2,7-ácido dissulfônico (AQDS), uma quinona, como um transportador de carga em baterias de fluxo livre de metal. Cada uma das moléculas à base de carbono possui duas unidades de carga eléctrica, em comparação com uma unidade existente no caso de baterias de fluxo convencionais, o que significa que a bateria pode armazenar o dobro da energia para um determinado volume;

• Metal Hidreto: Baterias de fluxo de prótons integram um eletrodo de armazenamento de hidreto metálico, em uma membrana de troca de prótons (PEM) reversível de célula de combustível. Durante o carregamento, esta bateria de fluxo combina íons de hidrogênio produzidos a partir da divisão da água com elétrons e partículas de metal em um eletrodo de uma célula de combustível e a energia é armazenada sob a forma de um hidreto de metal em estado sólido, com a descarga produzindo eletricidade e de água,  quando o processo é invertido e os prótons são combinados com o oxigênio do ambiente.

Apenas como uma curiosidade final, Liechtenstein, o minúsculo principado onde é registrada a NANO FLOWCELL AG, encravado nos Alpes entre a Áustria, a leste, e a Suíça a oeste (cuidado para não confundir com Lichtenstein, um município da Alemanha, no distrito de Reutlingen), se diferencia de Alemanha e Áustria por ser um microestado, considerado um dos mais ricos do mundo e, constantemente, citado como um local onde a prática de lavagem de dinheiro (ou branqueamento de capitais) é frequente. Mas credite: Apesar de não parecer, eu torço, realmente, para que a o negócio da NANO FLOWCELL AG seja sério e dê certo, muito certo!.

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O Tesla Modelo X, O Tesla Modelo 3 e a Futura Giga-fábrica de Baterias em Nevada

Um anúncio muito importante para o "mundo dos VEs" foi feito, oficialmente, hoje (ontem, por que já passa da meia-noite, aqui no Brasil), em uma conferência de imprensa na cidade de Carson, estado de Nevada, EUA: a empresa Tesla Motors decidiu que irá construir naquele estado americano, o seu mais novo empreendimento: a Tesla Gigafactory de baterias.

O anúncio foi feito com a presença do governador de Nevada, Brian Sandoval, e de Elon Musk, engenheiro, presidente e CEO da Tesla Motors, definindo que a maior e mais avançada fabrica de baterias do mundo idealizada até o momento, começará a deixar de ser apenas um plano, para se tornar um projeto, que por fim irá aporta em Nevada, o que significará (segundo o próprio governador) cerca de cem bilhões de dólares em impacto econômico para aquele estado, ao longo dos próximos 20 anos. 

A Gigafactory da Tela Motor é um passo importante para o avanço da causa de transporte sustentável em mobilidade elétrica, pois permitirá a produção de baterias em quantidade suficiente para a montagem em massa de VEs (Veículos Elétricos), da Tesla (e quem sabe ainda de outros fabricantes), nas próximas décadas.

Para tocar o projeto, fora o apoio do governo do estado de Nevada, a Tesla contará, ainda, com uma parceria com a Panasonic, além outros parceiros menores ainda não revelados.

Por ser uma empresa jovem, bastante agitada e desafiadora para os padrões comparativos da indústria automotiva e, ao mesmo cautelosa e de sábias decisões até agora (como por exemplo, com as vendas dizendo tudo, os norte-americanos vinham, cada vez mais, optando por veículos de tração 4x4 (AWD) e, assim, mesmo com a Tesla permanecendo na linha de carros maiores, mais potentes e mais caros, ela resolveu introduzir este atributo à sua oferta de VEs, com o Tesla Moledo X), a Tesla Motors vem se tornando, cada vez mais, uma empresa ícone, referência do mundo dos VEs, além de ser uma empresa focada, exclusivamente, em VEs, e sempre na vanguarda da tenologia de ponta.

A ideia confiante é a de que a Tesla Gigafactory venha a entrar em operação, para que no ano de 2020 ela já possa estar produzindo 50 GW.h de baterias por ano, ou seja, baterias suficiente para produzir mais de 500.000 VEs da Tesla anualmente, enquanto que, a própria fábrica está sendo concebida, para que praticamente toda as energia que ela consuma, provenha, também, de recursos renováveis.

A conferência de imprensa, e o anúncio, que deverá causar, daqui em diante, um certo estado de ansiedade em todo mercado mas, principalmente dentro da própria Tesla, haviam sido previstos, hoje, logo pela manha, pela Dow Jones, mas ninguém podia dizer que tinha certeza, pois, em Julho passado, quando o fundador da empresa Tesla Motors, Elon Musk, havia anunciado que a Gigafactory idealizada iria custar de 4 a 5 bilhões de dólares, haviam considerações sobre opções instalação dela em vários locais: no Texas, no Novo México, no Arizona e na Califórnia, além de Nevada.

O Tesla Modelo 3:

Um fato muito importante sobre a Megafactory da Tesla, é que ela não quer fazer mais de 1/2 milhão de baterias por ano, para serem montadas em carros possante, luxuosos e caros como os da linha que a Tesla tem hoje em dia, todos acima de US $ 70.000, mas, sim, ela quer construir uma fábrica enorme, a fim de tornar o volume de produção das baterias de íon-lítio suficiente para produzir um carro mais acessível ao público, para produção em maior escala do que os atuais, chamado de Modelo 3 (ou Modelo III), que a Tesla pretende fabricar, esperando que ele irá custar, para o público, entre US $ 30.000 a US $ 40.000.

Desde que a Tesla Motors colocou o seu primeiro VE, o Tesla Roadster (já fora de linha), um possante esportivo de luxo no mercado, tem havido rumores sobre a possibilidade dela vir a produzir, também, um VE  de versão de baixo custo (ou pelo menos mais acessível), e estes rumores se ampliaram a partir de Julho passado.

Até o momento, todos os carros produzidos pela empresa da Califórnia têm sido vendidos a partir de US $ 70,000, e, às vezes muito, muito acima disso (como o Model S P85+ que no mercado de VEs zero km chega ao montante de US $ 121,870).

Mesmo o próximo modelo da Tesla que ainda está para ser produzido e colocado a venda no mercado o Modelo X, um utilitário esportivo de luxo grande, terá um preço igualmente elevado. Todavia, o VE da Tesla que vem depois, e que já havia sido extra-oficialmente chamado de "Modelo E" (mas que não pôde permanecer assim, para evitar possíveis questões legais com a Ford), deverá ter um preço para baixo, mais razoável (mas não ainda de baixo custo para os padrões mundiais), para que um número bem maior de pessoas possam comprá-lo, sem ter pagar com o olho da cara por um carro Tesla grande e luxuoso.

Desde Julho passado Elon Musk passou a dar alguma confirmação mais sólida sobre, não apenas o nome do vindouro quarto modelo de VE da Tesla (terceira -geração do Tesla sedã) a ir para o mercado, mas também algumas das suas características. Ele será nomeado oficialmente de "Modelo 3", e vai começar a um preço de varejo de cerca de US $ 35.000. Ele será  baseado em uma plataforma totalmente nova, para começar, e será de cerca de 20 % menor do que o atual modelo S, mas terá uma ótima autonomia (prometida), de pelo menos 200 milhas, e é esperado para ser plenamente revelado apenas em 2016, com início de vendas para 2017.

É para produzir este novo vindouro carro, principalmente, e em larga escala, que servirão os pacotes de baterias de Li-íons a serem produzidos, também em massa, nas futuras instalações da Gigafactory de Nevada. Mas é claro que a Tesla continuará, também, a produzir os seus possantes bólidos elétricos de luxo, por um longo tempo, eu creio, pois estas são as linhas que trazem a marca de identidade e da cara da empresa.

Apesar de termos ainda 3 anos de expectativa até o Modelo 3 começar a chegar ao mercado, possivelmente o seu simples anúncio já esteja acelerando, também, os projetos de seus concorrentes, fabricantes de VEs para o mercado norte americano e mundial, como a Fiat, com o 500e, e, principalmente, a Nissan, com o LEAF, pois o Tesla Modelo 3 virá para remexer com a delicada questão da ansiedade por autonomia, porquanto apesar dele estar previsto para ser um VE mais caro do que estes concorrentes (algo indesejado), ele aposta em uma autonomia bem maior, ao menos em dobro (algo muito desejado). Veremos o que acontece, então, pois, vença quem vencer, nós, usuários e potenciais usuários, só temos a ganhar!

O Tesla Modelo X:

Atualmente, a Tesla Motors está focada no lançamento do modelo X, que deve estar entrando em produção no início do próximo ano. É provável que não veremos notícias verdadeiramente substantivas sobre o Modelo 3, até que o Modelo X já esteja nas ruas, mas nós definitivamente estaremos de antenas ligadas para acompanhar com interesse. Por ora, nem mesmo uma imagem dele convém divulgar (e nem mesmo existe, consistentemente).

A produção do Modelo X foi prevista, inicialmente, para começar até o final de 2013 e, posteriormente, começou a ser adiada por diversas vezes. Isso foi devido a que a empresa a alcançasse metas de produção modelo S, que foi para o mercado em 2012, e também se concentrar em negócios no exterior. Na última determinação, em fevereiro 2014, a empresa estabeleceu começar as entregar O Modelo X para os clientes de varejo, no máximo até o início do segundo trimestre de 2015.

O tesla Modelo X em sua aparição no Salão Automóvel Internacional Norte Americano de Detroit, Michigan 15 de janeiro de 2013 - Vista frontal-lateral

O Modelo X vai pesar cerca de 10% a mais do que o modelo S, e irá compartilhar cerca de 60% ​​do seu conteúdo de peças. A Tesla Motors espera oferecer o Modelo X com opção de escolha entre duas versões diferentes de pacotes de baterias de íon de lítio, uma com a alta capacidade de 60 kW·h e outra com a enorme capacidade de 85 kW·h (as mesmas duas opções que são disponíveis nas duas mais potentes versões dentre os três Modelo S mais potentes disponíveis), Espera se que o Modelo X apresente um desempenho esportivo que o permita ir de 0 a 60 mph (0-97 km / h) em cerca de 4,4 segundo e, na versão 60 kW·h, uma autonomia (ainda não oficial EPA) de 210 mi (340 km), enquanto que na versão de 85 kW·h, uma autonomia de 270 mi (430 km).

O tesla Modelo X em sua aparição no Salão Automóvel Internacional Norte Americano de Detroit, Michigan 15 de janeiro de 2013 - Vista frontal, com as quatro postas abertas

Com isso, ao meu ver, a Tesla estará provando, em definitivo (já comprovado com o Modelo S), que para se ter longa autonomia em VEs, é apenas uma questão de custo, mas nem tanto, pois, apesar desse carro zero ser bastante caro, proibitivo para a maioria das pessoas comprar, a garantia de substituição do pacote de baterias, em separado, cujas condições espera-se que deverão se equiparar às do Modelo S (ou, quem sabe, ainda menos custosas para os proprietários), entrando em vigor a partir do oitavo ano, deverá ter um custo de US $ 10.000 para a bateria de 60 kW·h bateria e de US $ 12.000, para a de 85 kW·h.

A princípio, acreditava-se que o modelo X poderia ter uma opção para sistema de tração simples, apenas traseira (com um único motor elétrico no eixo traseiro), mas isso não se confirmou, tendo sido, inclusive, por fim, cancelado. Asim o Modelo X terá somente versões com sistema de tração nas quatro rodas, com emprego de dois motores (um para o eixo de rodas dianteiras e outro para o eixo de rodas traseiras), para ambas as versões de potência de pacote de bateria.

O tesla Modelo X em sua aparição no Salão Automóvel Internacional Norte Americano de Detroit, Michigan 15 de janeiro de 2013 - Vista traseira-lateral

O Sistema de Transmissão 4x4 AWD do Tesla Modelo X:

É importante notar que o sistema de tração do Modelo X faz referência ao acrônimo AWD (All-Wheel Drive) e não ao tradicional 4WD (4-Whell Drive).

Duas configurações de sistema de transmissão do Tesla Modelo X

Apesar da grande variedade de tipos de sistema 4x4, e, mais ainda, das denominações comerciais que os automóveis com tração nas quatro rodas recebem, resultando na possibilidade de haver uma certa confusão de entendimento pelo uso que os fabricantes fazem dessas abreviaturas, todos os sistemas de tração em "quatro por quatro", independente dos denominativos AWD, 4WD, 4Motion, Quattro ou qualquer outro que eles recebam e, ao menos por enquanto, também independente se é um VE ou ou VCI (veículo com motor a combustão interna), tração mecânica ou elétrica, podem ser classificados, tecnicamente, em quatro tipos, nominados com apenas poucas palavras:

● Tempo parcial;

● Tempo integral;

● Automático;

● Selecionável.

  

É o enquadramento em uma dessas quatro categorias que realmente define os atributos qualitativos do sistema de tração 4x4, a maneira adequada do motorista dirigir seguramente, e a maior ou menor adequação para aplicação em ruas e estradas ou off-road.

Por que já existe a integração destas tecnologias no mundo dos VEs, caberá, em uma outra postagem, a ser publicada em momento futuro oportuno, um artigo mais abrangente sobre tais classes, e as tecnologias envolvidas nelas. Por ora, satisfaz-me poder enquadrar, apernas, o Modelo X nesta classificação, e falar um pouco especificamente dele.

A plataforma do veículo Tesla Modelo X permite uma performance realmente surpreendente do que esperado para um carro familiar grande. Com um centro de gravidade mais baixo do que qualquer outro SUV, proporciona reflexos ágeis em curvas. O o sistema de transmissão elétrico proporciona torque instantâneo para mudanças de faixa e ultrapassagens confiantes, mesmo quando carregado com sete adultos e bagagens.

Ao contrário dos sistemas AWD convencionais que têm apenas uma fonte de torque, o Modelo X vem de fábrica com o sistema AWD empregando motor duplo, permitindo, a qualquer tempo e clima, capacidades de todo-o-terreno (off-road), que aumenta o torque para a tração, em condições cotidianas em que este aumento se faz necessário.

Quanto a classificação do sistema de tração 4x4 (AWD), não somente para o Tesla Modelo X, mas para qualquer VE que venha a ter tração AWD, é que, inerentemente pela atuação das duas máquinas elétricas e seus respectivos acionamentos, esta é uma arquitetura que ampliada ao máximo as possibilidades de controle de torque e velocidade, simultaneamente, praticamente para qualquer caso, sem requere nenhum tipo de acoplamento ou embreagem mecânica entre os eixos traseiro e dianteiro.

O sistema é, em essência, totalmente automático, podendo atuar de modo ao que podemos chamar, verdadeiramente, de Tração Integral Sob Demanda, funcionando apenas pela interação entre o cada motor e o seu inversor, com o monitoramento das variáveis do processo por sensores e intertravamentos puramente eletrônicos entre os inversores traseiro e dianteiro, propiciando o controle simultâneo da velocidade e do torque, regido por um controlador rápido e "inteligente" o bastante para tal.

Restando, apenas, o emprego de algum dispositivo que faça a função de diferencial central, para cada par de semi eixos, já que o motor elétrico é comum para ambos os semi eixos, não havendo, ainda, nenhum impedimento para que o sistema seja também, concomitantemente, selecionável, com opção para que haja tração somente em qualquer um dos pares de rodas, além de poder oferecer, no conjunto, frenagens ainda mais seguras, e com possibilidade, até mesmo, de melhor aproveitamento da regeneração.

Outros Detalhes do Modelo X:

O modelo X tem, ainda, portas do tipo "asas de falcão" (uma versão articulada de portas asa de gaivota )para os passageiros traseiros que se abrem para cima, permitindo que a borda da porta permaneça escondida e tornando a tanto a entrada quanto a saída de passageiros mais fácil.

O modelo X oferece espaço para sete adultos em três filas de assentos e mais suas bagagens. Para este fim, o modelo X tem duplo bagageiro (dois bagageiros separados): o tradicional bagageiro traseiro padrão e o bagageiro frontal adicional, sob a capô dianteiro, onde os VCIs costumam ter, internados, os motores a combustão.

Outra característica bastante singular entre os carros totalmente elétricos ou mesmo híbridos, é um opcional gancho de reboque. Os preços para o modelo X ainda ão foram anunciados, mas a Tesla está aceitando reservas, mediante depósito de US $ 5.000. Até está data, cerca de 15000 unidades do Modelo X já foram reservados.

Tanto com o breve futuro Modelo X, quanto com o que virá depois, o Modelo 3, os proprietários poderão usar rede Supercharger da empresa, que se encontra em contínua ampliação, gratuitamente, assim como eles podem com modelos mais caros de Tesla que já estão rodando.

A planta fabril da Tesla em Fremont, Califórnia, já está sofrendo, nos últimos meses, eventuais interrupções para se preparar para a entrada em produção do Modelo X. A Tesla também está expandindo a sua linha de montagem ali existente para aumentar a velocidade de saída do atual Model S, para um aumento de produção em 25%. A modificação e reforma, a um custo de cerca de US $ 100 milhões, passa a permitir a Tesla Motors construir do Modelo X na mesma linha em que é montado o Modelo S,

A Tesla vendeu mais de 22 mil VEs Modelo S em 2013 nos EUA, conseguindo a proeza de, praticamente, empatar em volume de vendas com o Nissan LEAF (que tem um preço muito mais popular) naquele mesmo país, e em 2014 as vendas estão apontando para um volume 56% superior, além de expandir as vendas dele para o Reino Unido, China, Japão e Austrália.

Parece que a Tesla tem uma estrela muito forte, que a ajuda a superar, sempre, os problemas que advêm, por maiores que pareçam, como superou-se de uma eventual crise com o caso do teste do Modelo S no início do ano passado, que a fez bater de frente com The New York Times. Mesmo diante daquele evento,  o Tesla Model S foi aclamado por muitos como o carro mais inovador do mercado norte-americano no ano de 2013, e segue para repetir o feito em 2014.

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O Tesla Model S 2012 (e seus Dispositivos de Carregamento)

A Nova Química da "Bateria Lagarto" do Nissan LEAF e a Nissan no Brasil

Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica Residenciais e os VEs (Parte 1/2)

Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica Residenciais e os VEs (Parte 1/2)

Ao tratarmos do assunto sobre “Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica Residenciais”, no âmbito dos Veículos Elétricos (VEs), convém lembrarmos da motivação maior que tem nos levado, de modo persistente, pelo caminho do desenvolvimento dessa tecnologia: nós acreditamos que os VEs são muito mais do que simplesmente mais um tipo de carro! Acreditamos os VEs nos darão (e já estão dando) a oportunidade, não apenas de poder dirigir um carro com emissão zero de Carbono, mas também a de poder desfrutar de mobilidade com um veículo silencioso, limpo, divertido, além deles serem muito mais simples e fáceis de se fabricar e de menores custos de manutenção.

Quando dizemos limpos e com emissão zero de Carbono, significa que essa é a nossa meta e, mesmo que isso pareça intangível, a busca por ela é o que mais importa e, nisso, inclui-se o desenvolvimento de toda uma cultura de energia renovável e limpa, numa abrangência que a humanidade até agora, ainda não havia buscado.

Nesse "oceano de preocupações" por energia, e pelo meio ambiente, inúmeras vertentes tecnológicas convergem. Diversas tecnologias podem ser pensadas, como subsistemas que, agregadas, depois, como partes integrantes de um sistema maior, futurístico que, muito provavelmente, se você viver algumas décadas mais, poderá estar dentro da sua casa, com VEs, energia solar, eólica, gás, e outros aparatos, tudo interligado, sistematicamente, em armazenagem integrada de energia. É neste contexto que a "ideia" do emprego dos Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica Residenciais pode se encaixar, e muito bem.

As respostas para perguntas alvo, buscadas aqui, serão, entre outras, principalmente as seguintes: É possível extrairmos alguma energia do fluxo de água que abastece um reservatório doméstico típico? Quanto de energia podemos extrair, sem comprometer a qualidade do serviço de abastecimento? Qual a forma mais adequada de se implementar isso? (local e equipamento de instalação adequado existe?)

Mini Gerador Fluxo de Água Hidro 12V 10W (vendidos no Mercado Livre por preço entre R$ 51 e R$ 68)

Antes de irmos ao foco, convêm darmos uma boa olhada num esquema típico de ligação dos elementos de um Sistema Urbano Padrão de Abastecimento de Água, a fim de projetarmos uma devida contextualização, até mesmo porque, muitas das considerações sobre princípios de hidráulica, que se aplicam a este macrossistema, como, por exemplo, conceitos sobre vazão e pressão estática, de estagnação e dinâmica, etc, guardadas as devidas proporções, aplicam-se, também, ao microssistema hidráulico que encontramos a partir da tomada de água da rede de distribuição para uma residência, onde os tais Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica possam, por ventura, ser aplicados.

Diga-se de passagem, penso que, poder escrever e ler sobre esse assunto, diante da crise de abastecimento de água, que ora vivenciamos em São Paulo, pode ser algo muito conveniente, trazendo a baila um tema que deve ser de interesse de todos. Para uma melhor compreensão, o referido esquema pode ser racionalizado em duas partes principais:

• Centrais de Produção de Água;
• Rede de Distribuição Arterial, conforme o diagrama abaixo:

Visto isso, creio que podemos tentar evitar um maior detalhamento operacional da primeira parte, e convenientemente, partirmos diretamente para uma breve explanação sobre a segunda parte, que é a de maior interesse, pois, este é o subsistema que, na sua terminação de sua saída, irá abastece com o produto água potável, os consumidores residenciais e prediais.

Numa Rede de Distribuição Arterial, primeiro encontramos, ao menos, uma Adutora de Água Tratada, que é um elemento de conduto, que serve ao transporte da água entre elementos do sistema, antes dela ser servida à Rede de Distribuição. As adutoras ligam as Estações de Tratamento de Água aos Reservatórios, ou às Estações Elevatórias, que eventualmente possam existir após as estações de tratamento, e estas aos reservatórios. 

Assim como as Adutoras de Água Bruta (água capitada, porém ainda não tratada), estas também podem funcionar por Recalque ou por Gravidade, em Condutos Livres ou Forçados. A adução por gravidade constitui o meio mais seguro e econômico, em termos de Consumo de Energia, e de Custos de Implantação de Infraestrutura e de Manutenção, para se transportar a água. Todavia, nem sempre existe um desnível descendente do terreno, suficiente para conduzir por gravidade, garantindo a vazão e a pressão que são necessárias entre os pontos a serem interligados.

Nestes casos, estações elevatórias são necessárias e as adutoras a elas ligadas são classificadas como adutoras por recalque. As adutoras estão sujeitas a traçados muito diversos em decorrência de variedades topográficas ou geotécnicas, além de critérios técnicos e econômicos dos sistemas.

Uma função destas estruturas é, também, aumentar a capacidade de adução do sistema, aumentando a pressão nos condutos. As estações elevatórias de água tratada normalmente são instaladas após as estações de tratamento de água para o bombeamento do líquido até os reservatórios. As elevatórias podem também estar entre reservatórios, ou ainda, em algum trecho da rede de distribuição de água, e neste caso, são mais conhecidas pelo termo boosters.

Seguindo na direção do consumo, a função subsequente às adutoras é a dos reservatórios de água. Em geral, são estas estruturas que estabelecem os limites e fazem a transição entre a rede de transporte arterial e a rede de distribuição final, funcionamento como elementos de regularização entre as vazões de adução e a de distribuição, e ainda como estrutura de regularização da variação de pressões na rede de distribuição.

É raro um sistema de abastecimento que não necessite de trechos de adução de água tratada com instalações de estruturas elevatórias. Desta forma, os reservatórios assumem também a função de atuar como regularizador das variações na vazão de recalque, consistindo em elemento de arranjo estratégico na redução do consumo de energia elétrica.

A instalação de reservatórios após uma estrutura elevatória possibilita que a energia potencial da massa d'água seja armazenada e, com isso, o bombeamento de recalque possa ser interrompido, em determinados intervalos de tempo do dia, com nos horários tarifas de energia elétrica maiores, por exemplo.

Os reservatórios servem, também, como estratégia de adaptação de traçado de adutoras, em função das situações do terreno (ver casos na figura abaixo), e de economia dos componentes na rede de distribuição principal, uma vez que as adutoras, subadutoras e elevatórias que o antecedem, podem ser, assim, projetadas com um diâmetro reduzido, em função da combinação entre o consumo médio previsto, as distâncias e a reservação. Com estes arranjos, somente a rede posterior às estruturas dos reservatórios precisam ser projetadas, obrigatoriamente, para situações de pico de consumo máximo.

As linhas piezométricas (Lp, representadas no desenho a seguir) são linhas imaginárias que, em um canal aberto, tem seus pontos de apoio sempre coincidindo com a superfície do fluido (seccionando o plano de carga estática, que é a linha imaginária rente a superfície do fluído nos reservatórios), e que representa apenas as parcelas estáticas da carga.

Reservatórios como função de adequação do traçado das adutoras:
1- Situação em que o terreno da estrutura de armazenagem intermediária se eleva acima da linha piezométrica;
2- Situação em que a armazenagem intermediária permite a redução da pressão nos dutos.

Já, por sua vez, a linha de energia (que não se aplica ao desenho anterior) é uma linha imaginária que representa a altura de carga total, que permanece constante para um escoamento sem atrito, quando não é realizado nenhum trabalho sobre ou pelo líquido em escoamento (bomba ou turbina), e ela assume a carga do líquido ideal fluindo pelo duto ou canal aberto, considerando a somatória da estática e da dinâmica da carga, quando a parcela dinâmica se aplica, onde há carga associada à mudança de velocidade (dinâmica), devido ao uso de redutores de duto.  Ambas estas linhas proporcionam ajudas e dicas importantes para a localização e correção de pontos problemáticos em um escoamento (usualmente pontos de baixa pressão).

Quanto à forma, os reservatórios podem ser enterrados, semienterrados, apoiados ou elevados. A forma deve ser adequada à função do reservatório no sistema, à necessidade de altura piezométrica e a capacidade de reservação.

Os reservatórios assumem, ainda, funções dentro da distribuição. A posição dele na rede de distribuição pode ser a jusante ou a montante, e é possível também ter um arranjo que combine os dois. Sua função é, na transição entre a adução e a distribuição, além de simplesmente a de armazenamento, também regularizar vazões e adequar pressões na rede de distribuição.

Os reservatórios a montante sempre fornecem água à rede de distribuição, e consistem na alternativa mais usada nos sistemas implantados. 

Em função da extensão da rede de distribuição a que servem, os reservatórios de montante tendem a produzir variações acentuadas nas cargas piezométricas, nos extremos dessas redes, nos períodos de redução da demanda de consumo de água.

Por isso, a localização ideal desse tipo de reservatório é o centro das zonas de consumo, mas nem sempre isso é tecnicamente possível. Além disso, em função da própria topografia em que é assentada a rede, pode haver necessidade de reservatórios secundários, em geral elevados, que dividam as cargas piezométricas, minimizando as pressões nas áreas de menor cota, desenhando diferentes zonas de pressão numa rede de distribuição.

Os reservatórios podem, ainda, também ser a jusante, e trabalham fornecendo água nos períodos de maior demanda ou recebendo água nos de menor demanda. Pela mesma tubulação a água aflui e eflui. Por isso, podem ser denominados também reservatórios de sobra.

Já, por sua vez, a rede de distribuição é a interface final, a última mediação entre o recurso, agora produto, água potável, e o consumidor. E constituída por tubulações e equipamentos acessórios instalados em logradouros públicos, como redes de formas variadas, e têm por finalidade fornecer 24h por dia, em regime contínuo, água potável em quantidade, qualidade e pressão adequada à demanda de consumidores de sua área de atendimento.

As redes de distribuição são as unidades mais extensas dos sistemas de abastecimento e respondem por mais de 50% dos seus custos de implantação. Uma rede de distribuição mal operada ou mal projetada é sempre fonte de permanente problemas, mormente no que tange às perdas de água, ao comprometimento da qualidade da água e as reclamações dos usuários.

Para funcionar bem, a rede de distribuição deve estar sujeita a uma pressão mínima e a uma pressão máxima. A pressão mínima é necessária para vencer os desníveis topográficos e as eventuais perdas de carga no ramal predial e nas tubulações internas aos prédios abastecidos, garantindo que a água atinja os reservatórios prediais. (1)

A pressão dinâmica (pressão, referida ao nível do eixo da via pública, em determinado ponto da rede, sob condição de consumo não nulo) mínima é aquela garantidamente capaz de atender ao abastecimento, mesmo na condição de dia e hora de maior consumo (ou demanda de água), com o menor volume de água no reservatório correspondente àquela rede de distribuição;

A pressão estática (pressão, referida ao nível do eixo da via pública, em determinado ponto da rede, sob condição de consumo nulo) máxima corresponde ao limite em que as tubulações, válvulas e conexões garantidamente operem com integridade, e também permitam a manutenção do controle das perdas físicas. (2) 

O critério das perdas físicas é uma questão econômica relevante, e relativamente recente nos cálculos da pressão estática máxima, porque em tubulações defeituosas ou com furos devido à corrosão ou rompimento, o volume que se perde varia como uma função quase linear da pressão nas tubulações. A pressão estática máxima é, assim, aquela mais adequada, à manutenção da integridade da rede e do controle dessas perdas, calculada para os picos de menor consumo de água (consumo nulo), e considerando a ocorrência de nível máximo no reservatório correspondente àquela rede de distribuição.

A NBR 12218 (ABNT, 1994, item 5.4.1) estabelece a pressão dinâmica mínima nas redes de distribuição de água como sendo de 100 kPa (quilo pascal), enquanto a pressão estática máxima estabelecida para as mesmas redes é de 500 kPa, com exceção podendo ser feita para casos específicos em condutos principais que não abasteçam diretamente consumidores ou tubulações secundárias, e que se justifica técnica e economicamente a transgressão destes valores limite, e sob verificação de sua estabilidade estrutural e segurança sanitária.

Desta forma, o projeto de uma rede de condutores secundários: ramais prediais de tubulações de menor diâmetro que têm contato direto com as entradas de água dos edifícios (casas e prédios) abastecidos, pode apresentar a forma ramificada ou a forma de rede malhada, preferível a adoção da ligação formando malha, podendo ou não todos os pontos de cruzamento interligados, e o traçado da rede (conjunto de condutos principais e secundários), deve buscar o maior esforço para concentrar-se entre os limites de 100kPa e 500kPa de pressão, já considerando eventuais estabelecimento de diferentes Zonas de Pressão (áreas abrangidas por subdivisões da rede, separadas por cota altimétrica, na qual as pressões estática e dinâmica obedecem aos limites prefixados).

"Se a diferença entre a maior e menor cota altimétrica da área de projeto (área com abastecimento) for inferior a 40 m, haverá apenas uma zona de pressão. Se essa diferença for maior que 40 m, haverá a necessidade de (estabelecer) mais de uma zona de pressão, sendo que, para cada diferença de mais de 40 m, haverá a necessidade de uma zona de pressão (extra). Para cada diferença altimétrica máxima de 40 m, há que se tomar pelo menos mais 10 m (de intervalo inicial) relativos (a garantia) à pressão dinâmica mínima". (HELLER e PÁDUA, 2006: 613) 

Uma vez que a pressão especificada na norma é de 500 kPa, que corresponde, precisamente, a 50,986 mca (metros de coluna d'água, também representado por mH2O, sendo que 1 mca = 9,80665 kPa), na citação acima, Heller e Pádua idealizam um desenho com medidas (em metro) ligeiramente arredondadas para menos.

Como é comum em edifícios que o abastecimento de água aos apartamentos aconteça por gravidade, a partir de um reservatório superior, a subdivisão da rede em zonas de pressão é algo que se aplica, inclusive, no caso de edifícios mais altos, onde o projeto do sistema hidráulico deve ter o cuidado de garantir a limitação da pressão da água nos andares inferiores.

Neste caso, segundo a norma brasileira, a pressão estática (quando todos os registros estão fechados e o reservatório está com carga (volume) máxima de água) não pode ultrapassar 40 mca (392,3 kPa), nos pontos de consumo dos apartamentos, para não causar dano às tubulações, ramificações e equipamentos hidráulicos, gerando vazamentos dentro dos apartamentos. Para evitar esses problemas, são utilizadas Válvulas Redutoras de Pressão nas redes hidráulicas. Esses equipamentos regulam a pressão da água no seguimento da rede após elas, mantendo-a dentro dos limites especificados.

Imagem emprestada do site:
http://equipedeobra.pini.com.br/construcao-reforma/35/valvulas-redutoras-de-pressao-213991-1.aspx

Obviamente que, concomitantemente, a cota altimétrica do reservatório superior deve ser alta o bastante para garantir uma pressão dinâmica mínima nos pontos de consumo do andar superior do edifício, mesmo com carga de água mínima no reservatório. Assim, a diferença que existe entre uma rede de abastecimento interna a um edifício, e uma rede de distribuição pública de água, é apenas quanto a magnitude dos números, de modo que, válvulas reguladoras de pressão, adequadamente dimensionadas, aplicam-se, também, nas redes de distribuição públicas. 

As válvulas reguladoras de pressão são equipamentos mecânicos, acionados hidraulicamente, que permitem regular a pressão a jusante proporcionando a redução de vazão dos vazamentos, sendo que sua utilização é recomendada em áreas onde as pressões médias estejam acima do estabelecido pela NBR 12218/1994. Uma das características mais marcantes da tecnologia que utiliza tais válvulas é que sua implantação requer, obrigatoriamente, uma área de atuação bem definida na rede de distribuição de água, configurando um subsetor (zona de pressão) ou um Distrito de Medição e Controle (DMC).

Válvula de controle auto-operada unidirecional de
 diafragma DN 150, reduz uma pressão de entrada  alta
e variável em uma pressão menor e constante de saída,
independente da variação da vazão, proporcionando
o autocontrole por intermédio de um conjunto
composto  de um diafragma ligado a um obturador.

Assim, o dimensionamento e a regulagem de uma válvula redutora de pressão devem levar em conta os valores recomendados pela norma, possibilitando o funcionamento adequado do setor ou da zona de pressão na rede de distribuição de água a ser controlada. A regulagem da pressão a jusante da válvula definirá a diferença entre a pressão de entrada e a de saída da válvula.

Existem, basicamente, três tipos de válvulas reguladoras de pressão sendo empregadas em redes e distribuição:

Saídas fixas: Pressão de saída mantida constante ao longo do tempo;

Controle por tempo: Pressão de saída varia em função dos horários (pré-programada);

Controle por vazão: Pressão de saída varia em função da demanda.

O último caso, é, na verdade, uma Válvula Controladora de Vazão. Independente se a variável controlada é a pressão ou a vazão, todos estes tipos de válvula são de controle automático (válvulas de controle auto-operadas, unidirecional), permitindo o controle automático da rede de distribuição de água, adequadas para tubulações DN 50 (diâmetro nominal 50 mm) até DN 600.

Todavia, o estabelecimento de diferentes zonas de pressão não é o único condicionante para a implantação de uma rede de distribuição. Os locais para instalação dos reservatórios de distribuição que são, em última instância, os comandos da pressão predominante na rede de distribuição, condicionam a forma da rede, e devem considerar a maior proximidade com o centro de consumo, as características topográficas e geológicas para sua implantação, remetendo ao importante conceito de setor de abastecimento.

Não obstante o muito que este tema ainda poderia ser explorado aqui, eu creio que a contextualização ora apresentada, já é mais do que suficiente para partirmos, agora, para contemplar o foco de maior da nossa atenção nossa, que é o do emprego dos Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica Residenciais.

No entanto, não faremos isso sem, antes, aproveitarmos o momento em que ainda estamos falando a respeito das grandezas Pressão e Vazão Hidráulica em redes de distribuição de água, para introduzirmos o conceito de mais uma grandeza, a Potência Hidráulica, para, em seguida, fazermos uma pertinente analogia destas grandezas com as grandezas elétricas correlatas, Tensão e Corrente Elétrica, bem como a Potência Elétrica, com as quais teremos que nos envolver ao tratarmos do assunto dos Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica. 

Note que, uma vez que os fenômenos hidráulicos podem ser facilmente observados a “olho nu”, o comportamento dos circuitos hidráulicos é utilizado com muita frequência como analogia, na estratégia do ensino da eletricidade básica para novos alunos, haja vista que nem todos esses aprendizes chegam ao curso, já com a capacidade de visão espacial desenvolvida, quanto ao comportamento dos fenômenos elétricos. A motivação do emprego dessa analogia é bem esse mesmo: a água podemos ver e os elétrons, não.

Como já foi abordado, em hidráulica, desde que entre as linhas piezométricas de dois reservatórios haja alguma diferença de cota altimétrica, existe, entre eles, uma diferença de potencial hidráulico, ou seja, existe pressão, cuja intensidade é diretamente proporcional àquela diferença de cota altimétrica existente.

Reservatórios com cotas altimétricas diferentes entre suas linhas piezométricas, podem estar com suas bases assentadas tanto em terrenos de altitudes diferentes entre si, quanto em terrenos de mesma altitude pois, neste caso, o que importa é o nível relativo da carga de água contido neles que, se porventura resulta em cotas distintas entre suas linhas piezométricas, então, resulta também em pressão entre eles.

Repare que eu falei em dois reservatórios, mas eu sequer mencionei se eles estão ou não interligados e, se estiverem, se a tubulação de adução está livre ou bloqueada (se são ou não vasos efetivamente comunicantes). É prática comum a utilização de válvulas em circuitos hidráulicos com a finalidade de bloqueio (liga ou desliga a passagem de água) e, na ligação entre reservatórios, não é diferente. Se a válvula estiver fechada, a pressão que se faz relevante é a estática (que independe da vazão) e, se aberta, é a pressão dinâmica que deve ser considerada (obviamente existindo também vazão).

Assim, a pressão existe, independente se haja ou não vazão (fluxo) de água (como é o caso da pressão estática).

Pois bem, em circuitos elétricos, a Tensão Elétrica é a grandeza que equivale à Pressão nos circuitos hidráulicos. Assim, tal como para haver pressão é necessário que uma quantidade de carga de água (volume de água) sobressalente esteja armazenada em um reservatório, enquanto ela falta, relativamente, em nível, em outro, para haver tensão elétrica é necessário que uma quantidade de carga elétrica (quantidade de elétrons) esteja armazenada em um eletrodo, enquanto ela falte, em nível relativo, em outro  . Isso cria o que chamados de diferença de potencial (d.d.p.) elétrico, que caracteriza a tensão elétrica.

Tal qual ocorre com a pressão em hidráulica (que pode existir mesmo que não haja vazão), a tensão elétrica também pode existir, com ou sem a presença de Corrente Elétrica. Se você estiver olhando para uma bateria que esteja eletricamente carregada repousando sobre uma bancada de oficina, não havendo nenhum cabo condutor elétrico conectado aos bornes terminais de seus dois polos elétricos (positivo + e negativo -), então, decerto, ela não produzirá nenhuma corrente elétrica (tal como dois reservatórios em desnível de cota, mas que não estejam interligados).

Todavia, a tensão elétrica, está, sim, presente entre seus dois polos, e pode, inclusive, ser medida com auxilio de um voltímetro, o que revela que existe um “potencial” para a condução de corrente. Assim, de modo inerente, uma bateria é uma Fonte de tensão (mas, não, necessariamente, uma fonte de corrente).

Ao interligarmos os polos de uma bateria com um condutor para que haja corrente elétrica, convém que haja, também, a inclusão de uma Resistência Elétrica, a fim de limitar a corrente que fluirá. No caso da hidráulica, a resistência é provida pela própria tubulação, de modo inversamente proporcional ao diâmetro da seção e diretamente proporcional ao comprimento da tubulação e, em elétrica, a grandeza resistência é semelhante, somente diferindo pelo fato de que, em elétrica, podemos jogar com uma grande variedade de tipos de materiais que são utilizados como meios para se conduzir a corrente elétrica.

Assim como em hidráulica, o material interno de um filtro de água, por exemplo, não apenas cumpre a função de filtragem, como, também, atua como uma forte resistência, se opondo a passagem da água e limitando a vazão, em elétrica alguns materiais específicos, de maior ou menor resistividade (atributo de qualidade da resistência), são utilizados para prover uma resistência elétrica adequada. Outros elementos, como as válvulas, também oferecem resistência, que pode ser ajustada, modificando a vazão

Sem  a existência de uma resistência elétrica adequada, apenas fluindo pelos cabos condutores que apresentam baixíssima resistência, a corrente elétrica se tornaria muito elevada, tendendo, mesmo, ao infinito, em sua magnitude. Isso pode ser constatado apenas por avaliar a fórmula da lei de Ohm, na qual a corrente elétrica (i) é determinada pela razão entre a tensão (U) e a resistência (R).

Em elétrica, a corrente elétrica é a grandeza que equivale à vazão em hidráulica. Assim como a vazão que, além de pressão requer um caminho (tubulação) para fluir, a corrente elétrica requer, também, um caminho (formado pelos condutores e resistência interligados em conjunto) para fluir, que junto com a fonte de tensão, forma o circuito elétrico.

Em hidráulica, considerando que o fluido homogêneo escoe por uma tubulação a partir de uma fonte (reservatório), sem que haja outras fontes interligadas ao sistema, interagindo, ou sumidouros, então, a vazão é sempre a mesma em qualquer ponto ao longo da tubulação. Ou ainda, mesmo que haja outras fontes e múltiplos consumidores, vale a a regra que dita que a soma das vazões dos fluidos que entram no sistema é igual a soma das vazões dos fluidos que saem. Esse principio é o mesmo que se aplica a 1ª Lei de Kirchhoff (Lei das Correntes, ou Leis dos Nós, ou LCK) para circuitos elétricos. Assim, num circuito puramente em série, a corrente elétrica é a mesma, medida em qualquer ponto do circuito.

É importante notar que, tanto a vazão hidráulica, quanto a corrente elétrica, apesar de ambas estarem intimamente relacionadas a velocidade com que seus respectivos tipos de carga (água e elétrons) circulam pelos circuitos, elas não são, e nem ao menos expressam, a velocidade dessas cargas, em si. Em hidráulica, a vazão costuma ser medida em Q/Δt (quantidade de carga por intervalo de tempo), geralmente nas unidades de medida l/min (litros por min) ou em m3/min (metros cúbicos por minuto), enquanto que, por sua vez, a velocidade é medida em m/s (metros por segundo), não estando, portanto relacionada a quantidade de carga (Q) mas, tão somente, ao deslocamento dela.

Ao longo de um circuito de fluxo hidráulico em série, apesar da vazão (Q/Δt) ser a mesma em qualquer ponto ao longo da tubulação do circuito, é possível que nós verifiquemos diferentes velocidades (V) ao longo do circuito do fluxo, bastando que, para isso, a área da seção (A) da tubulação empregada varie em algum ponto ao longo dele.

Neste caso, o fluxo advindo pela tubulação de área de seção maior, ao entrar na tubulação de área de seção menor, terá sua velocidade aumentada. Porém, se velocidade aumenta e a pressão cai. Sempre que houver um fluxo por um orifício a pressão irá cair. Esta afirmação é de suma importância para entender, por exemplo, como as válvulas pilotadas funcionam.

Da mesma forma, a corrente elétrica expressa Q/Δt, só que, no caso, com unidade de medida C/s (Coulomb por segundo), que significa,a mesma coisa que A (Ampère). Precisou-se adotar a unidade de medida Coulomb, que nada mais é que uma pré-definida determinada quantia enorme de elétrons, por que a intensidade da carga elétrica de um único elétron é muito pequena para ser tomada em consideração, na grande maioria dos casos práticos, sendo 1 Coulomb = 6,28 X 10¹⁸ elétrons.

Convém, ainda, que a um circuito elétrico agreguemos um interruptor elétrico (que equivale à válvula de bloqueio, em hidráulica), a fim de poder comandar o circuito, ligando e desligando o caminho da passagem da corrente.

Imagem emprestada do site http://www.saladaeletrica.com.br/

Assim como em hidráulica, a Potência Hidráulica é igual a Pressão multiplicada pela Vazão, em elétrica, a Potência Elétrica é a Tensão multiplicada pela Corrente.

Já, quando a Potência (seja hidráulica ou elétrica) é multiplicada pelo Tempo, resulta em Energia (ou Trabalho), hidráulica ou elétrica, respectivamente.

Isso nos revela um fato importante para a aplicação dos Micro Hidrogeradores de Energia Elétrica Residenciais: a água que provém da rede de distribuição, ao chegar ao terminal que abastece um determinado reservatório residencial (a nossa caixa d'água, por exemplo), haja vista que ai existe presente ambas, tanto pressão quanto vazão, isso significa, evidentemente, que ela contém em si, potência hidráulica e, enquanto transcorre o tempo em que o abastecimento d'água esteja ocorrendo continuamente (com pressão e vazão, ambas presentes), isso significa que estamos recebendo, não somente o produto Água mas, também, o produto Energia Hidráulica, a qual podemos converter na equivalente energia elétrica:

A unidade de medida de energia watt-hora corresponde à energia transformada quando um dispositivo cuja potência seja de 1 Watt operando durante um intervalo de tempo de 1 hora.

Isto é fato e, assim estando cientes, podemos imaginar que, com emprego de conversores de energia adequados, quase todos eles produtos disponíveis comercialmente e, em portes bastante variados, atendendo a um enorme gama de aplicações, uma forma de energia pode ser, facilmente, convertida para outra forma de energia e, assim, a partir do fluxo de água que nos abastece, e que nós já estamos pagando, podemos, de fato, obter eletricidade. 

Podemos definir como uma das principais vantagens da ideia do emprego de Micro Hidro Geração, o fato de que ela pode ser feita mesmo a partir de uma pequena quantidade de fluxo (alguns alegam que tão pouco como dois litros e ½ por minuto), ou de uma queda de desnível altimétrico pequeno (alguns alegam que tão baixa quanto uns 80 cm) para gerar eletricidade com emprego de um micro hidrogerador, de modo custo-benefício compensatório. (Será mesmo?) 

Ainda há, atualmente, alegações de que a eletricidade produzida pode ser tanto consumida no local em que está sendo gerada, quanto transmitida a, digamos, 1 km quilômetro de distância do local. (Será, mesmo?). Lembre-se que um dos problemas mais importantes relacionado, por exemplo, com a energia eólica, é o da intermitência e a variabilidade do vento. Acaso, não é exatamente assim, também, que funciona o fluxo d'água que aflui para dentro de nossas caixas d'água?

Será que uma armazenagem intermediária da energia elétrica produzida pode ser realizada? No que os Veículos Elétricos (VEs), com suas enormes baterias embarcadas, podem contribuir com isso? Há necessidade de se implementar algum tipo de controle para esse processo de conversão de energia? Como isso pode ser feito? Já existe algo pronto neste sentido? É justamente sobre estes e outros detalhes que eu pretendo falar, e avaliar com o devido cuidado e atenção, na próxima postagem sobre este assunto.

Apenas para tomarmos fôlego, refletindo, antecipadamente, vale lembrar que, no vai e vem das visões e revisões de estudo da Física, o ser humano nunca conseguiu escapar da comparação (e equiparação) entre matéria (e sua massa) e energia e, um dos princípios mais antigos observados, foi expresso na Lei de Lavoisier, enunciada pela célebre frase: "Na Natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma".

Apesar deste enunciado ter sido elaborado no âmbito das reações químicas, como Lei de Conservação das Massas, evidentemente que ele serviu, também, de guia para que o homem prosseguisse em seu caminho para o estabelecimento Lei da conservação da energia, que há tempos anteriores já vinha sendo, também buscada (eu menciono apenas Lavoisier, todavia, como um tributo a dúzias de outros pesquisadores científicos que participaram, igualmente, dessa grande empreitada da humanidade, cuja lista e detalhes de trabalhos não caberia aqui).

Deve-se ter em mente que energia compreende várias visões com seus conceitos específicos, mas que se relacionam e interagem entre si, como energia potencial, cinética, térmica, etc. Em física, a Lei ou Princípio da Conservação de Energia estabelece que a quantidade total de energia em um sistema isolado permanece constante. Tal princípio está intimamente ligado com a própria definição da energia. Um modo informal de enunciar essa lei é dizer que energia não pode ser criada nem destruída, a energia pode apenas transformar-se (ser convertida de um tipo para outro).

Ao aplicarmos Micro Hidro Geração, em algum ponto a partir do fluxo de água que nos abastece, é exatamente com esses princípios que lidaremos, e por eles seremos limitados. Produzir e consumir (ou armazenar) eletricidade a partir de um fluxo (ou de uma queda) d'água (hidro geração), implica que estaremos diminuindo a energia daquele fluxo (ou queda), na mesma medida em que a convertemos para eletricidade útil, seja com consumo imediato  da corrente elétrica ou com ela alimentando uma dispositivo de pré-armazenagem (bateria).

Isso significa dizer que, ao introduzirmos o conversor (micro hidrogerador), a um circuito pré-existente, a energia do fluxo d'água não será mais a mesma de antes, pois, como ele atua como um elemento resistivo, há diminuição da pressão imediatamente após ele e, também diminuição quanto a vazão do circuito hidráulico, que será dempre menor do que antes de introduzir o micro hidrogerador.

Ao longo do tempo que estivermos efetivamente consumindo (ou armazenando) a eletricidade convertida, o produto pressão, vazão e tempo, que é a energia hidráulica do fluxo, se reduz, podendo ocorrer, inclusive, de extrairmos tanta energia do fluxo d'água (quanto maior a energia elétrica efetivamente produzida pelo micro hidrogerador, maior será o Torque de Frenagem desenvolvido sobre o seu eixo de seu rotor, que luta contra o fluxo d'água), que podemos acabar causando a sua obstrução demasiada do fluxo, comprometendo o abastecimento de água. Note que, mesmo que não estejamos consumindo energia alguma proveniente da eletricidade disponível na saída do micro hidrogerador, só dele estar presente no sistema, já temos alguma pequena perda de energia do fluxo.

Além do mais, todo processo de conversão de energia, na prática, é imperfeito, e isso incide em mais perdas inerentes ao processo de conversão. Isso significa dizer que nem toda a energia tomada do fluxo d'água conseguiremos transformar em energia elétrica, parte dela é perdida no processo eletromagnético interno à maquina elétrica do micro hidrogerador, que por mais eficiente que seja, não atinge um rendimento de 100% na conversão. Assim, vamos precisar fazer uma série avaliações bem apuradas sobre estas questões, para verificarmos a real viabilidade da implementação dessa ideia, quer gostemos dos resultados a que chegarmos, quer não.

Notas:

1. A norma estabelece o limite de atendimento até o teto do segundo pavimento em sintonia com as normas de abastecimento de água predial, que indicam a necessidade de que as residências possuam reservas próprias, as caixas d'água, o que não é usual em outros países que trabalham com a rede sob mais altas pressões. Assim, as caixas d'água residenciais, de certa forma, fazem parte do sistema de regularização do abastecimento urbano. A existência de caixa d'água, entretanto, acarreta às empresas de saneamento uma quantidade esperada de perda de água em função da submedição dos hidrômetros. Isso porque, nesses casos, em alguns horários, a vazão que passa pelo medidor é menor que a mínima verificada pelo aparelho. Isto ocorre quando as torneiras de boia estão próximas ao fechamento. Há indicações de que esse valor perdido nunca é inferior a 10% do volume consumido pela unidade dotada de caixa com torneira de boia (cf. Heller, 2006: 803).

2. As recomendações com relação à pressão máxima tomaram-se usuais a partir de normas relativamente recentes (a partir de 1994), ao mesmo tempo em que era desenvolvido nas empresas de saneamento e no setor maior ênfase na gestão do controle de perdas (em função da relação entre pressão e volume perdido em vazamentos). Na produção de redes de distribuição da Sabesp para a RMSP, por exemplo, até meados da década de 1990, o critério da pressão máxima não era respeitado, e foram implantados muitos reservatórios e torres elevadas que forneciam pressão acima da máxima.

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