Veículos com Motores Híbridos: O Futuro da Mobilidade Sustentável

Nesse contexto, os motores híbridos têm se destacado como uma solução promissora, combinando eficiência energética e redução das emissões. Este artigo iremos explorar o conceito de motores híbridos, seus benefícios, funcionamento e o papel que desempenham na transição para um futuro mais sustentável.

O QUE SÃO MOTORES HÍBRIDOS?

Os motores híbridos são sistemas de propulsão que combinam um motor de combustão interna tradicional com um ou mais motores elétricos. Essa combinação permite que o veículo seja impulsionado pela energia do motor de combustão interna e da eletricidade armazenada em baterias recarregáveis. A interação entre os dois sistemas de energia resulta em maior eficiência e menor consumo de combustível em comparação com os veículos equipados apenas com motores a combustão. (Fig.1) 

Motor de combustão interna

O motor de combustão interna é geralmente alimentado por combustíveis líquidos, como gasolina ou diesel, e converte a energia química do combustível em energia mecânica para movimentar o veículo. Esse tipo de motor é eficiente em altas velocidades e longas distâncias, mas pode ser menos eficiente em condições de baixa velocidade e trânsito urbano, onde ocorrem mais paradas e partidas. (Fig2.) 

Torque do motor de combustão interna

O torque do motor de combustão interna é uma medida da força de rotação que o motor é capaz de produzir em seu eixo de saída. Ele é influenciado por vários fatores, incluindo o projeto do motor, tamanho do cilindro, curso do volante, taxa de direção, sistema de alimentação de combustível e eficiência de combustão. O torque é geralmente expresso em unidades de força vezes distância (Nm ou lb.ft). É importante notar que o torque não é uma medida direta da potência do motor, mas sim da força que ele pode aplicar para girar um eixo. A potência é o trabalho realizado em um determinado tempo (ou seja, a quantidade de força aplicada pela unidade de tempo) e é mostrada multiplicando-se o torque pela velocidade de rotação do motor. O torque do motor de combustão interna pode variar dependendo do seu ciclo de combustão (por exemplo, ciclo Otto ou ciclo Diesel), da presença de sistemas de sobrealimentação (como turbocompressores ou compressores mecânicos) e da estratégia de controle do motor. Motores com maior deslocamento, cilindros maiores ou maiores taxas de tensões tendem a produzir mais torque em baixas rotações, o que é desejável para fornecer força em velocidades mais baixas, como partidas e subidas inclinadas. A curva de torque do motor é geralmente apresentada em um gráfico conhecido como “curva de torque”, que mostra a relação entre o torque e a rotação do motor. Normalmente, o torque é maior em baixas rotações e diminui à medida que a rotação aumenta. Isso está relacionado à eficiência volumétrica e ao fluxo de ar do motor, que tem sua capacidade de aspirar e queimar o combustível alterada em diferentes velocidades. É importante considerar que o torque é uma especificação importante para determinar o desempenho do motor em termos de capacidade de tração e capacidade de carga, especialmente em aplicações automotivas e de máquinas. No entanto, o torque não é o único fator relevante, e o desempenho geral do motor também é influenciado por outros aspectos, como potência, curva de potência, eficiência térmica e curva de consumo de combustível. (Fig3) 

Torque do motor elétrico

Ao combinar esses dois tipos de motores em um sistema híbrido, é possível otimizar o desempenho do veículo em diferentes condições de condução. Durante a condução em alta velocidade, o motor de combustão interna é predominantemente usado para fornecer energia mecânica, enquanto o motor elétrico pode auxiliar em momentos de maior demanda de potência. Em velocidades mais baixas e em desacelerações, o motor elétrico assume a maior parte da carga de trabalho, economizando combustível e diminuindo as emissões. Além disso, os motores híbridos também incorporam sistemas de isolamento de energia, nos quais a energia cinética gerada durante a desaceleração ou frenagem é transformada em eletricidade e armazenada nas baterias, para ser usada posteriormente. Isso aumenta ainda mais a eficiência do veículo e reduz o desperdício de energia. Os motores híbridos podem ser projetados com diferentes configurações e graus de eletrificação. Alguns modelos são projetados como híbridos leves, nos quais o motor elétrico auxiliar o motor de combustão interna em momentos de maior demanda, enquanto outros são projetados como híbridos completos, nos quais o motor elétrico pode fornecer energia suficiente para mover o veículo sozinho em curtas distâncias.

Os veículos híbridos oferecem uma transição suave para tecnologias mais sustentáveis, como veículos elétricos puros ou movidos a células de combustível. Eles permitem reduzir o consumo de combustível, diminuir as emissões de poluentes e fornecer uma maior autonomia, aproveitando as vantagens dos motores elétricos e dos motores de combustão interna.

Benefícios dos motores híbridos

Eficiência energética: Os motores híbridos são projetados para otimizar o uso de energia, aproveitando a eficiência dos motores elétricos em baixas velocidades e dos motores a combustão em velocidades mais altas. Isso resulta em menor consumo de combustível e maior economia. (Fig.5)

Redução das emissões: Ao utilizar motores elétricos, os veículos híbridos reduzem as emissões de gases poluentes, como dióxido de carbono (CO2) e óxidos de doença (NOx). Essa redução contribui para melhorar a qualidade do ar e atenuar os efeitos das mudanças climáticas. 

Menor dependência de combustíveis fósseis: Ao integrar a tecnologia elétrica, os motores híbridos reduzem a dependência de combustíveis fósseis, aproveitando fontes de energia renovável para recarregar as baterias. Isso promove a diversificação da matriz energética e a sustentabilidade a longo prazo. 

Recuperação de energia: Os motores híbridos também podem aproveitar a energia cinética gerada durante a desaceleração e frenagem para recarregar as baterias. Esse processo, conhecido como proteção de energia, aumenta a eficiência global do sistema e reduz o desperdício de energia. 

Funcionamento dos motores híbridos

Existem diferentes tipos de motores híbridos, mas o princípio básico é o mesmo: combinar a energia do motor de combustão interna com a eletricidade dos motores elétricos.
Motor elétrico: Os motores elétricos são alimentados por baterias e podem ser usados sozinhos ou em conjunto com o motor de combustão interna para fornecer energia ao veículo. Eles são mais eficientes em baixas velocidades e podem ser usados para partida, temperatura e em situações de baixa demanda de energia.

Baterias

As baterias armazenam a eletricidade necessária para alimentar o motor elétrico. Elas podem ser recarregadas através do motor de combustão interna, ou por meio de um plugue externo em sistemas híbridos plug-in.

Autonomia de bateria

Nos híbridos leves, nos quais o motor elétrico auxilia o motor de combustão interna, a capacidade da bateria é geralmente menor e projetada para fornecer energia adicional em momentos de maior demanda, como acelerações ou subidas íngremes.

Nesses casos, a autonomia puramente elétrica é limitada e normalmente não permite que o veículo percorra longas distâncias apenas com energia elétrica. A bateria é constantemente recarregada pelo motor de combustão interna e pela regeneração de energia durante a desaceleração.

Já nos híbridos plug-in (PHEV), a capacidade da bateria é maior e o veículo pode ser carregado em uma fonte de energia externa, como uma tomada elétrica. Esses veículos têm uma autonomia elétrica mais significativa, podendo percorrer distâncias maiores apenas com o motor elétrico. Em geral, os PHEVs têm autonomia elétrica que varia alguns quilômetros, no Brasil o mais econômico chega a 32,7 Km, dependendo do modelo e da capacidade da bateria. Após o esgotamento da carga da bateria, o veículo funciona como um híbrido convencional, usando o motor de combustão interna para continuar a se locomover. (Fig.6)

É importante destacar que a autonomia elétrica em motores híbridos é complementar ao uso do motor de combustão interna, o que oferece uma flexibilidade adicional ao motorista. A utilização do motor elétrico em situações de baixa demanda energética, como em tráfego urbano ou em baixas velocidades, permite economizar combustível e reduzir as emissões de poluentes nesses momentos específicos.

No entanto, vale ressaltar que os avanços na tecnologia das baterias estão ocorrendo rapidamente, e novos modelos de veículos híbridos estão sendo lançados com baterias de maior capacidade, o que aumenta sua autonomia elétrica. Com o tempo, é possível que vejamos motores híbridos com autonomias elétricas cada vez maiores, à medida que as baterias se tornem mais eficientes e com maior densidade de energia.

Em resumo, a autonomia das baterias elétricas em motores híbridos varia dependendo do tipo de hibridização (leve ou plug-in) e da capacidade da bateria. Enquanto os níveis híbridos têm uma autonomia elétrica limitada, os plug-ins híbridos podem abranger distâncias mais significativas apenas com energia elétrica. A autonomia elétrica em motores híbridos complementa o uso do motor de combustão interna, oferecendo maior eficiência energética e redução das emissões.

Os motores híbridos representam uma tecnologia promissora na busca por uma mobilidade mais sustentável. Ao combinar os benefícios dos motores a combustão interna e dos motores elétricos, esses sistemas oferecem maior eficiência energética, redução das emissões de gases poluentes e menor dependência de combustíveis fósseis. Além disso, eles abrem caminho para o desenvolvimento de tecnologias mais avançadas, como veículos elétricos puros e células de combustível.

À medida que a conscientização ambiental aumenta e os regulamentos de emissões se tornam mais rigorosos, os motores híbridos cumprem um papel crucial na transição para um futuro mais sustentável. Com avanços contínuos na tecnologia de baterias e na infraestrutura de carregamento, podemos esperar ver cada vez mais veículos híbridos nas estradas, esperançosos para a redução das emissões e um impacto ambiental positivo.