AUTOentusiastas Classic (2008-2014): ESQUEÇA O DISCURSO VERDE ECOLÓGICO

Esta semana estive juntando uma série de pontas soltas e acredito ter achado a chave para a mudança de estratégia das grandes fabricantes de carros em direção ao “carro verde”.

Para chegarmos até à chave, temos que entender algo sobre a tecnologia de motores.

Motores de combustão interna, apesar de ser uma tecnologia antiga, ainda é cheia de seus caprichos. O processo de projeto dos motores de combustão não é totalmente dominado. Nenhum motor recém-projetado sai da prancheta de desenho totalmente desenvolvido ou especificado, pronto para equipar um automóvel. Ao contrário, ele nasce aquém de seu potencial máximo.

Depois que deixa a prancheta (ou o computador), ele precisa passar por processos empíricos de desenvolvimento, em dinamômetros e em testes de campo. Ajustes finos em cada parte do motor vão sendo ensaiados até se chegar nas melhores combinações.

Este processo evoluiu muito nos últimos anos, onde um modelo matemático do motor é ensaiado por programas simuladores rodando em supercomputadores, mas isto não dispensou o velho processo de construir protótipos físicos e ensaiá-los.

Tudo isso custa muito. Somente uma calibração de injeção custa alguns milhões e demanda meses para ficar pronta. Quando este custo é transferido para os carros a serem vendidos, ele pode representar milhares de reais a mais no preço final do automóvel. Quanto menores os números de vendas do modelo, mais este custo impacta no preço final.

Nos primórdios da indústria automobilística, os motores eram muito ineficientes. Grandes motores V-8 produziam pouco mais de 100 cv, e eram beberrões natos. A tecnologia era pouco evoluída, e melhorá-la era relativamente fácil.

Desde a Primeira Guerra Mundial aviões já usavam quatro válvulas por cilindro no cabeçote e câmara de combustão hemisférica, reconhecendo as vantagens funcionais desta configuração, mas os automóveis apresentavam motores com duas válvulas por cilindro montadas no bloco quarenta anos depois, por conta de custos de fabricação. Esta foi a fase áurea dos Hot Rods, quando era muito fácil melhorar qualquer motor.

Hoje a situação é completamente diferente. Técnicas de fabricação mais avançadas acabaram com as válvulas no bloco e tornaram os motores multiválvulas economicamente viáveis. A injeção eletrônica digital de combustível tornou os processos de alimentação e de ignição praticamente perfeitos, não só em termos de tempos e quantidades, mas também na qualidade da mistura oferecida ao motor.

Estas duas linhas evolutivas vieram ao encontro da preocupação ambiental e de mercado.

Antigamente os motores precisavam ser apenas potentes, enquanto agora eles precisam ser também econômicos, duráveis, oferecer boa sensação de dirigibilidade ao motorista, baixas emissões, baixa necessidade de manutenção e reparação. Isto torna o projeto de um motor moderno um verdadeiro jogo de xadrez, onde cada mudança efetuada representa uma melhoria de uma característica de um lado com a piora de uma ou mais características do outro, necessitando de um conjunto de modificações para que o novo motor atenda melhor a todas estas características ao mesmo tempo.

Além disso, toda tecnologia possui um limite determinado porém inalcançável. Cada melhoria efetuada é um passo mais próximo deste limite, e cada novo passo é mais difícil de ser dado que o anterior.

Nos motores de combustão interna isto é algo complicado. Muito do que se aprende melhorando um motor de 1 litro e 4 cilindros em linha não é diretamente aplicável a um motor V-8 de grande capacidade. Capricho da mecânica de gases.

Muitos dos motores chamados modernos são na verdade evoluções de motores mais antigos, buscando reter o máximo de aprendizado obtido no passado. Nestes motores ditos modernos muitas vezes não se vê tecnologias completamente inovadoras, mas otimizações do desenho original.

Tudo isso leva tempo, exige muito pessoal especializado e recursos sofisticados. O custo é enorme.

Para fabricar os motores de combustão interna, todo um conjunto de peças de alta precisão mecânica é necessário. Camisas dos blocos, pistões, bielas, bronzinas, comandos de válvula etc. A diversidade e a especificidade dos materiais com que cada uma destas peças é feita também é enorme.

No final, o custo de um motor de combustão pronto para ser montado em um novo automóvel não é baixo.

Um bom exemplo de todo este processo pode ser observado na Fórmula 1. Mesmo depois de quase 60 anos da categoria, o investimento no desenvolvimento dos motores é um dos custos que podem inviabilizar a categoria.

Em contrapartida, os motores elétricos há mais de cinquenta anos atingiram o ápice em duas frentes principais. Grandes máquinas elétricas, entre motores, geradores e transformadores, normalmente apresentam rendimento de 95 a 97% de rendimento. Elas estão entre as máquinas de maior rendimento produzidas pelo homem.

O projeto de máquinas elétricas também atingiu o estado-da-arte. Essas máquinas elétricas possuem verdadeiras “receitas de bolo” para projeto, e todos os comportamentos dinâmicos delas são previsíveis com boa margem de precisão mesmo antes de se construir um primeiro protótipo. Mesmo que alguma intervenção se faça necessária para corrigir um desvio entre projeto e resultados práticos de um protótipo, as medidas corretivas são largamente conhecidas pelos fabricantes.

Mesmo assim, técnicas modernas de projeto por computador tornam o processo ainda mais preciso do que pelos antigos métodos.

Estas características permitem projetar máquinas elétricas de escala molecular a até escalas gigantescas, sem o menor risco de saber se obedecerão às especificações de projeto. Projetos como os geradores de Itaipu demandaram a construção de protótipos em escala reduzida para qualificação de material e de técnicas construtivas. Nenhum protótipo em tamanho natural precisou ser construído para saber se a máquina atenderia às especificações de tensão e potência geradas.

O alto rendimento, a boa previsibilidade e a facilidade com que fabricantes de motores elétricos conseguem lidar com eles tornam seu desenvolvimento muito barato.

Uma empresa de eletrodomésticos projeta um motor elétrico para cada modelo de ventilador ou batedeira que ela produz, ao invés de adaptar o desenho de um novo modelo a um motor elétrico já existente. Um único fabricante possui dezenas ou talvez centenas de modelos diferentes de motores elétricos mantidos em linha, tanto avulsos como partes integrantes de outros equipamentos, e não raro um modelo de motor existe apenas para atender um único tipo de equipamento.

Motores elétricos, especialmente os de corrente alternada, são minimalistas ao extremo. Os motores de indução constam apenas de uma carcaça com núcleo magnético laminado que recebe o bobinamento (o estator), um rotor de núcleo magnético laminado e barras de alumínio longitudinais em curto-circuito montados sobre um eixo (o induzido), rolamentos e duas tampas. Os rolamentos, geralmente do tipo mais comum fabricado, são as únicas peças de precisão mecânica em todo conjunto.

Tudo isto torna os motores elétricos muito baratos, viabilizando uma série de produtos que dependem deles.

Apesar de ter atingido praticamente o limite em termos de rendimento e o estado-da-arte na área de projetos, o motor elétrico ainda tem muito a evoluir. Novos materiais e técnicas construtivas levarão esta máquina para novos patamares de peso, tamanho e potência.

Num automóvel, as fontes de energia elétrica oferecem corrente contínua, mas os motores de melhor rendimento são todos de corrente alternada. Para compatibilizá-los, é necessário um inversor eletrônico. As tecnologias de projeto dos inversores estão bem desenvolvidas e permitem um controle adequado da potência fornecido ao motor. É equipamento relativamente barato e bastante utilizado pela indústria em outros setores. É mais uma tecnologia bastante madura, previsível e conveniente.

Num automóvel elétrico, o conjunto motor elétrico/inversor oferece novos desafios ao automóvel convencional:
- Motores elétricos operam continuamente por dezenas de anos sem manutenção.
- Motores elétricos dispensam totalmente peças de manutenção frequente, como filtros e correias.
- Os motores elétricos dispensam os complexos sistemas de arrefecimento e lubrificação forçada dos motores a combustão.
- Automóveis convencionais precisam de catalisadores para restringir emissões. Estes catalisadores são feitos com materiais muito mais caros que ouro, e o componente tem custo da mesma ordem de grandeza que o próprio motor do automóvel. Mais uma peça cara dispensável num carro elétrico.
- No lugar de um câmbio manual com tecnologias de sincronização para trocas de marcha ou os complexos câmbios automáticos, o elétrico exige apenas um redutor de engrenagens simples, permanentemente engatado, mais leve e barato.
- A frenagem do carro elétrico é regenerativa, podendo reaproveitar a energia de movimento do carro para colocá-lo em movimento de novo após uma parada.
- No caso de um automóvel com um motor para cada roda, além do motor representar a maior parcela da capacidade de frenagem, as funções de ABS, EBD, e todas as demais tecnologias que dependem de uma central hidráulica de ABS num carro convencional, são feitas através de um software rodando no computador de controle do inversor dos motores. É uma peça mecânica de alta precisão a menos para impactar no custo e no peso do automóvel elétrico.

O desafio técnico atual para um carro elétrico está nas baterias, mas estas têm avançado muito nos últimos anos. É o avanço delas que tem gerado o aumento desta pressão.

Até mesmo o motor de combustão interna do carro híbrido oferece vantagens de custo sobre o do carro convencional no tocante a custos. Nos carros híbridos modernos, este motor não aciona a tração do veículo, mas move um gerador de recarga das baterias. É um motor que opera quase que todo o tempo numa condição específica e ótima de rotação e potência. Enquanto o carro circula, a potência que não vai para as rodas é direcionada para a recarga das baterias.

Operando numa condição tão específica, é muito mais fácil acertar o motor para oferecer alto rendimento com baixa emissão de poluentes, e sem se preocupar com a dirigibilidade, por exemplo.

O motor a combustão do carro híbrido também pode ser menor que o motor convencional para o mesmo automóvel, o que o torna mais barato.

Tendo em vista que o discurso mundial é cada vez mais apelativo à ecologia, e que em razão disso as leis ambientais de emissões dos automóveis estão cada vez mais rigorosas, manter projetos de motores a combustão está se tornando um fardo muito pesado.

O fabricante que persistir nos motores a combustão corre o risco de arranjar um concorrente elétrico muito mais barato e acessível e que consegue ter a propulsão remodelada com maior facilidade, fabricado por empresas que antes não eram do ramo. Num instante onde a tecnologia elétrica tem avançado muito mais rapidamente que a de combustão, é necessário a estas indústrias marcarem bem a liderança no setor do que deixá-lo livre para uma nova concorrência que facilmente ocupará este espaço.

A evolução das tecnologias ocorre cada uma ao seu tempo e com sua própria velocidade. No começo da história do automóvel havia tanto a opção elétrica como a por combustão interna. Em determinado instante, a opção por combustão interna deu um salto, deixando para trás a opção elétrica.

Agora está ocorrendo o contrário, onde a elétrica está tirando a diferença, deixando os fabricantes sob pressão. Portanto, a ênfase ao carro “verde” não é tão ecológico quanto o discurso o faz parecer.

Da próxima vez que ouvir um discurso falando do carro “verde”, não pense na cor da ecologia, mas na cor das notas no bolso.