pesquisa e desenvolvimento do veiculo automotivo provido de motor elÉtrico

INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E

TECNOLOGIA

DE SÃO PAULO – IFSP

BRUNO SUSKO MARCELLINI

CASSIO EIDI DE MEDEIROS

THIAGO HIDEKI TAIRA

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado às

disciplinas de Projetos de Máquinas e

Dispositivos Mecânicos / Metodologia de

Trabalho Científico e Empresarial do Instituto

Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de

São Paulo.

Prof.º Orientador: Henrique Linares

Prof.º Orientador: Denílson Mauri

Prof.º Orientador: Chester Contatori

Prof.ª Orientadora: Luciana C. L. Silva

São Paulo

2013

BRUNO SUSKO MARCELLINI

CASSIO EIDI DE MEDEIROS

THIAGO HIDEKI TAIRA

Pesquisa e desenvolvimento do veículo automotivo provido de motor elétrico

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado às disciplinas de Projetos de Máquinas e

Dispositivos Mecânicos e Metodologia de Trabalho Científico e Empresarial do Instituto

Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo como parte dos registros para a

conclusão do curso.

Aprovado em:_________________________

BANCA EXAMINADORA

___________________________________________________________________________

Prof.º Msc. Chester Contatori

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – IFSP

___________________________________________________________________________

Prof.º Msc. Denílson Mauri

Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo – IFSP

___________________________________________________________________________

Prof.ª Msc. Luciana C. L. Silva

Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia de São Paulo – IFSP

DEDICATÓRIA

Dedicamos este trabalho primeiramente a Deus, que nos deu vida e permite que

façamos dela nossas grandes obras.

Dedicamos também aos nossos pais, que juntamente com Deus, nos deram a vida e a

razão de viver.

AGRADECIMENTOS

Ao Prof.º Henrique Linares, que destinou várias aulas visando sempre a orientação

deste trabalho.

Ao Prof.º Denílson Mauri, que nos orientou neste trabalho e dedicou parte de seu

tempo.

Ao Prof.º Chester Contatori, que auxiliou e orientou, sempre esclarecendo dúvidas

referentes ao trabalho.

Á Profª Luciana C. L. Silva, que nos orientou da melhor forma possível.

“Pensar é o trabalho mais difícil que existe.

Talvez por isso tão poucos se dediquem a ele.”

Henry Ford

RESUMO

Desenvolvido por grandes montadoras e destacado por um vasto grupo de

pesquisadores e cientistas como a melhor alternativa para o trânsito caótico e a emissão

excessiva de gases poluentes, responsáveis por afetar não só o meio ambiente como também a

saúde do homem, o carro híbrido de carroceria compacta tem se provado a cada dia como o

futuro da automobilística. Visando uma análise neste campo, o grupo não foca somente na

parte ecológica, mas apresenta uma proposta de melhoria para a falta de mobilidade nas ruas

em horários de grande tráfego e propõe um modelo seguindo as especificações técnicas dos

existentes, comparando os dimensionamentos, desempenhos e caráter estruturais. De modo

ilustrativo, o carro Smart Electric Drive foi escolhido dentre os modelos pesquisados para ser

utilizado como inspiração principal do protótipo devido ao seu design simples: acomodação

para duas pessoas e um porta-malas condizente com as necessidades apresentadas.

Palavras-Chaves: veículo híbrido, modelo compacto.

ABSTRACT

Developed by major automakers and highlighted by a large group of researchers and

scientists as the best alternative to the chaotic traffic and excessive emission of greenhouse

gases, responsible for affecting not only the environment but also human health, the hybrid

compact car proves to be the future of the automobile as each day goes by. Aiming analysis in

this field, the group not only focuses on the ecological, but also proposes an improvement to

the lack of mobility in the streets at times of heavy traffic and also projects a model following

the technical specifications of existing ones by comparing the different sizes, performances

and body structures. Illustratively, the Smart Car Electric Drive was chosen among the

researched models to be used as the main inspiration for the prototype due to its simple

design: accommodation for two people and a trunk, which matches the requirements

presented.

Keywords: hybrid vehicle, compact model.

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Listagem dos carros híbridos no mercado mundial das montadoras Toyota e

Honda.................................................................................................................

Tabela 2 Listagem de alguns carros elétricos disponíveis no mercado mundial, com

suas respectivas montadoras.............................................................................. 58

Tabela 3 Listagem dos carros híbridos disponíveis no mercado brasileiro, com suas

respectivas montadoras...................................................................................... 58

Tabela 4 Módulos de Elasticidade e de Cisalhamento e Coeficiente de Poisson para

vários metais à temperatura ambiente............................................................... 85

Tabela 5 Tipos de Aços e suas especificações básicas..................................................... 87

Tabela 6 Teores máximos de alguns elementos nos aços sem liga.................................. 88

Tabela 7 Propriedades mecânicas de alguns tipos de aço................................................ 89

Tabela 8 Especificações de chapas de aço laminadas a frio............................................. 94

Tabela 9 Especificações técnicas do Projeto.................................................................... 111

57

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 01 A estrutura básica de um automóvel, no caso um Volkswagen, dos anos

de 1960 ......................................................................................................

Figura 02 A combustão e os quatro tempos de um motor..................................... 26

Figura 03 Um cilindro e seus elementos................................................................ 27

Figura 04 Virabrequim e um pistão....................................................................... 27

Figura 05 Funcionamento do carro híbrido............................................................ 29

Figura 06 Esquema simplificado do funcionamento de um carro elétrico............ 30

Figura 07 Sistema de forças atuantes no pneu de um carro quando passa por um

desnível....................................................................................................

Figura 08 Barra de Torção....................................................................................... 33

Figura 09 Barra de Torção Longitudinal.................................................................. 34

Figura 10 Barra de Torção Transversal.................................................................... 34

Figura 11 Feixes de Molas....................................................................................... 35

Figura 12 Feixes de Molas com Componentes...................................................... 35

Figura 13 Esforço no Feixe de Molas...................................................................... 36

Figura 14 Tipos de Molas........................................................................................ 37

Figura 15 Amortecedor Telescópio......................................................................... 38

Figura 16 Comportamentos da carroceria com e sem amortecedor......................... 38

Figura 17 Tipos de Aros........................................................................................... 40

Figura 18 Cubo......................................................................................................... 41

Figura 19 Comparação entre pneus com e sem câmara de ar.................................. 42

Figura 20 Pneu tipo diagonal................................................................................... 43

Figura 21 Pneu tipo radial........................................................................................ 44

Figura 22 Pneu diagonal com lona estabilizadora................................................... 45

26

32

Figura 23 Eixo Rígido (Hotchkiss).......................................................................... 46

Figura 24 Barra Estabilizadora................................................................................ 46

Figura 25 Comparação entre eixo rígido e eixo independente................................. 47

Figura 26 Suspensão MAC Pherson........................................................................ 47

Figura 27 Suspensão Trapézio Articulado............................................................... 48

Figura 28 Semi eixo Flutuante................................................................................. 49

Figura 29 Air bags frontais acionados em um modelo teste.................................... 50

Figura 30 Nils Bohlin , inventor do cinto de segurança de três pontas, com sua

invenção...................................................................................................

Figura 31 Imagem do Smart Fortwo........................................................................ 53

Figura 32 Imagem do interior do Smart Fortwo...................................................... 53

Figura 33 Interior do Nissan March......................................................................... 54

Figura 34 Interior do Hyundai i30........................................................................... 54

Figura 35 Um dos primeiros modelos de carro projetados visando maior

aerodinâmica, o Torpedo, de 1920..........................................................

Figura 36 Toyota Prius ............................................................................................ 59

Figura 37 Nissan Leaf.............................................................................................. 60

Figura 38 Smart Eletric Drive.................................................................................. 61

Figura 39 Tesla Roadster......................................................................................... 62

Figura 40 Fisker Karma........................................................................................... 64

Figura 41 O Smart Roadster em movimento........................................................... 70

Figura 42 Exemplo de motor síncrono..................................................................... 76

Figura 43 O motor OM 660..................................................................................... 78

Figura 44 Gráfico de barras dos valores da rigidez (i.e., do módulo de

elasticidade) à temperatura ambiente para vários materiais metálicos,

cerâmicos, polímeros e compósitos.........................................................

83

Figura 45 Gráfico de barras da resistência à fratura (i.e., da tenacidade à fratura)

à temperatura ambiente para vários materiais metálicos, cerâmicos,

polímeros e compósitos...........................................................................

84

51

55

Figura 46 O diagrama de fases ferro-carbeto de ferro............................................. 86

Figura 47 Formas típicas de diagramas “tensão-deformação” de alguns materiais

resultantes do sistema ferro-carbono.......................................................

Figura 48 Influência de alguns dos elementos químicos comumente encontrados

nas ligas de aço........................................................................................

Figura 49 Representações esquemáticas de valores comparativos de resiliência e

tenacidade de dois tipos de aço................................................................

Figura 50 Dimensões do Smart Roadster Coupé..................................................... 93

Figura 51 Posição do protótipo em contraste a outros modelos de carroceria......... 96

Figura 52 Exemplo de transferência dinâmica de carga.......................................... 102

Figura 53 Modelo de suspensão trapézio articulado................................................ 103

Figura 54 Dimensões do Smart Roadster Coupé (Com alterações realizadas pelos

autores)....................................................................................................

Figura 55 Comparativo de peso dos carros selecionados........................................ 113

Figura 56 Comparativo de potência dos carros selecionados.................................. 114

Figura 57 Comparativo da capacidade das baterias dos carros selecionados.......... 114

87

88

89

111

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

ABS Anti-lock Braking System

Sistema de Bloqueio de Freio

BMW Bayerische Motoren Werke

Fábrica de Motores da Bavária

CR-Z Compact Renaissance Zero

Renascença do Compacto Zero

EUA Estados Unidos da América

Euro NCAP Euro New Car Assessment Program

Programa Europeu de Avaliação de Veículos Novos

GP General Purpose Vehicle

Veículo para Uso Geral

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

IMC Índice de Massa Corporal

PHEV Plug-in-hybrid-electric-vehicle

Veículo elétrico híbrido com plugue para carregamento

elétrico

MPV Multi Purpose Vehicle

Veículo de Múltiplos Propósitos

SAE Society of Automotive Engineers

Sociedade dos Engenheiros Automotivos

Smart ED Smart Electric Drive

Smart de Propulsão Elétrica

USP Universidade de São Paulo

UNICAMP Universidade de Campinas

VEH Veiculo Elétrico Hibrido

UFRGS Universidade Federal do Rio Grande do Sul

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor – Transistor Bipolar de

entrada isolada

NMC Nickel-Manganese-Cobalt – Níquel-Manganês-Cobalto

KWO Kraftwerke Oberhasli

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO...................................................................................... 18

1.1 Pesquisas realizadas na área em questão ........................................ 21

1.2 A importância da pesquisa............................................................... 22

1.3 Objetivo da pesquisa........................................................................ 23

1.4 Estrutura da pesquisa....................................................................... 23

2 FUNCIONAMENTO DO AUTOMÓVEL........................................... 24

2.1 Veículo Convencional.................................................................... 25

2.2 Funcionamento dos Carros Híbridos e Elétricos........................... 28

2.2.1 Sistema em série...................................................................... 28

2.2.2 Sistema em paralelo................................................................. 28

2.2.3 Sistema misto........................................................................... 29

2.2.4 Elétrico..................................................................................... 29

3 SISTEMA COMUM AOS TIPOS DE AUTOMÓVEIS...................... 31

3.1 Supensão....................................................................................... 32

3.1.1 Componentes da Suspensão.................................................... 33

3.1.2 Tipos de Suspensão................................................................. 45

3.2 Segurança....................................................................................... 49

3.2.1 Cinto de Segurança.................................................................. 51

3.2.2 Especificações Adicionais....................................................... 52

3.3 Interior............................................................................................ 53

3.4 Aerodinâmica................................................................................ 55

4 MODELOS DE CARROS HÍBRIDOS E ELÉTRICOS...................... 56

4.1 Compactos e Hatchs...................................................................... 59

4.1.1 Toyota Prius............................................................................ 59

4.1.2 Nissan Leaf.............................................................................. 60

4.1.3 Smart Eletric Drive.................................................................. 61

4.2 Alta Performace............................................................................. 62

4.2.1 Tesla Roadster......................................................................... 62

4.2.2 Fisker Karma........................................................................... 63

5 MÉTODOS........................................................................................... 65

5.1 Eletricidade.................................................................................... 66

5.2 Elementos e Dispositivos Mecânicos........................................... 67

5.3 Automobilística............................................................................. 70

5.3.1 Aerodinâmica.......................................................................... 70

5.4 Materiais de Construção Mecânica................................................ 71

5.4.1 Massa Específica..................................................................... 72

5.4.2 Rigidez..................................................................................... 72

5.4.3 Resistência à Tração................................................................ 72

5.4.4 Resistência à Fratura................................................................ 72

5.4.5 Condutividade Elétrica............................................................. 73

5.4.6 Elasticidade.............................................................................. 73

5.4.7 Tensão de Cisalhamento.......................................................... 73

5.4.8 Diagrama de Fases................................................................... 73

5.4.9 Coeficiente de Poisson............................................................ 73

5.4.10 Tenacidade............................................................................. 73

6 RESULTADOS.................................................................................... 74

6.1 Motor Elétrico e Baterias.............................................................. 75

6.2 Motor a Combustão....................................................................... 78

6.3 Carroceria...................................................................................... 82

6.3.1 Estudo de Materiais................................................................. 83

6.3.2 Cálculo do Peso da Carroceria................................................ 94

6.4 Aerodinâmica................................................................................ 95

6.5 Massa dos Ocupantes.................................................................... 97

6.6 Comportamento do Carro – Esforços Externos............................. 98

6.6.1 Cálculo de Peso em Ordem de Marcha.................................... 98

6.6.2 Cálculo do Diferencial............................................................. 98

6.6.3 Cálculo do Comportamento do Veículo.................................. 99

6.7 Suspensão...................................................................................... 103

6.7.1 Parte Dianteira......................................................................... 103

6.7.2 Parte Traseira........................................................................... 104

6.8 Amortecedor..................................................................................

6.9 Autonomia e Emissão de Poluentes.................................................

104

7 PERFIL DO PROJETO........................................................................ 110

7.1 Características Finais do Carro...................................................... 111

7.2 Comparativos................................................................................. 113

8 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO............................................................ 115

9 SUGESTÕES..........................................................................................

9.1 Painel Solar......................................................................................

9.2 Freios Regenerativos.......................................................................

9.3 Redes de Recarga de Baterias..........................................................

117

118

108

118

118

9.4 Utilização de Alumínio.................................................................

REFERÊNCIAS...................................................................................... 120

APÊNDICES........................................................................................... 132

ANEXOS................................................................................................. 137

119

18

INTRODUÇÃO

________________________________________________________

19

1 INTRODUÇÃO

Desde os primórdios de nossa sociedade, os meios de transporte têm se mostrado

grandes aliados do desenvolvimento econômico e social. Com a utilização das carroças

movidas à tração animal, os limites das vizinhanças isoladas em vilas e vilarejos foram

quebrados. Pessoas começaram não só a interagir num âmbito geográfico maior como

também impulsionaram as atividades comerciais, pois animais de carga, como cavalo e boi,

conseguiam levar mais mercadorias do que o homem.

Com o decorrer do tempo, surgiu a necessidade de um transporte mais eficiente, o que

levou a criação do automóvel, em 1885, pelo alemão Karl Benz. A invenção pode ser

considerada como um resultado da Revolução Industrial, era contida entre 1780 e 1860 que

representaria o período no qual ocorreram profundas mudanças sociais e econômicas, como a

introdução da máquina a vapor, a descoberta da eletricidade, o aperfeiçoamento do dínamo e

até mesmo o surgimento do motor a quatro tempos, movido a combustível derivado de

petróleo. Tudo isso gerou o sistema econômico liberal, o que é melhor explicado como “a

mão invisível que governa o mercado”, por Adam Smith, um filósofo e economista escocês.

Sem regras ou qualquer meio de controle dos governos, grandes companhias disputavam o

monopólio do mercado mundial e, em uma atmosfera mais social, a aprovação das pessoas,

agora tratadas como consumidores.

Toda essa ânsia pelo novo, o rápido, o futurístico incentivou a criação de formas de

administração de empresas que seriam a solução para toda a demanda. Surge a Administração

Científica, em 1913. Criada pelo engenheiro estadunidense Frederick Winslow Taylor,

propunha basicamente que toda administração de uma corporação vem da parte para o todo,

de baixo para cima e que é possível aplicar uma sistematização no processo produtivo, de

modo bastante semelhante a uma experiência científica. Retirando o desperdício, a eficiência

do processo de fabricação se tornaria próxima do ideal. Contudo, tal teoria se mostrou

ineficiente por várias razões, entre elas o fato de ser algo muito teórico, sem comprovações de

que era realmente viável.

Apesar do fracasso da Administração científica, outros interessados no assunto

desenvolveram suas linhas baseados nela. Entre eles, o que talvez tenha mais se destacado

20

seja Henry Ford. Possuindo sua própria fábrica de automóveis, a Ford Motor Company, ele

promoveu a grande inovação do século XX: a produção em massa. Diminuindo a carga

horária de trabalho dos operários, estabelecendo um alto padrão de assistência técnica e

qualidade dos automóveis, implantando a chamada linha de montagem progressiva, planejada

e ordenada, na qual o trabalho é entregue ao trabalhador. Ford conseguiu padronizar a

produção de um modelo único que levou à grande expansão do mercado consumidor de

carros, popularizando-o. Este seria o primeiro carro a ser vendido em grande escala, o Ford T,

preto, sem nenhum opcional a ser incluído.

Inicialmente, a estratégia de Ford se mostrou auspiciosa, só que sua permanência na

oferta de carros apenas de uma cor e sem nenhum opcional possibilitou que montadoras

concorrentes triunfassem sobre seus erros, fragmentando o mercado e quebrando a

“hegemonia Ford”. Mesmo com ampla concorrência num mercado mundial, surge outra linha

de pensamento voltada para a produção dos automóveis, o toyotismo.

Depois da Segunda Guerra Mundial, o Japão se viu arruinado em sua infraestrutura e

socialmente. Com tal ambiente, se viu necessária uma postura consciente, onde a produção, ao

contrário do movimento de Ford, o fordismo, fosse somente realizada para suprir o

necessário, sem desperdício ou estoque, incentivando o uso do tempo economizado para

elevar o grau de qualidade dos produtos. Tal ideologia, mesmo que objetivando apenas um

ressurgimento do Japão como potência, se expandiu para todo o mundo. Auxiliadas pela crise

do petróleo, na década de 1970, que forçou as indústrias a produzirem menos, as grandes

companhias japonesas começaram a assumir a liderança de mercado.

Analisando a história, evidenciamos que grandes movimentos ou até mesmo grandes

ideologias tem suas falhas, cedo ou tarde. E nesse caso não foi diferente. O que seria a linha

perfeita começou a demonstrar, principalmente em países subdesenvolvidos, uma

oportunidade para multinacionais desrespeitarem os direitos humanos e forçassem operários a

trabalhar em condições precárias. Mas, esse não foi o único problema detectado.

Na década de 1970, com todo o processo e desenvolvimento industrial já ocorrido e

uma corrida em busca de maior lucro e crescimento, as indústrias começaram a entender as

limitações do planeta. Os termos “sustentabilidade” e “ecologicamente correto” começam a

entrar em pauta. Um dos marcos dessa década foi a Conferência de Estocolmo, reunião dos

líderes políticos das grandes potências mundiais visando um consenso no que seria uma

21

política mundial em prol do equilíbrio entre o homem e o planeta. Mesmo com o fracasso da

própria reunião, descrita no Relatório de Brundtland, tal acontecimento culminou no Tratado

de Kyoto, no Protocolo de Montreal e outras três reuniões que seguiram uma mesma filosofia,

a ECO-92, Rio+10 e Rio +20.

Visando seguir a mesma linha das posturas ecológicas, grandes montadoras de

automóveis propuseram a criar carros menos poluentes, que emitem menor quantidade de

gases nocivos ao homem e a natureza. Foi nesse contexto que surgiram os conceitos de carro

elétrico e Plug-in-Hybrid-Eletric-Vehicle – Veículo elétrico híbrido com plugue para

carregamento elétrico (PHEV), uso em conjunto de um motor movido a combustão de

gasolina e/ou diesel com um motor elétrico.

1.1 PESQUISAS REALIZADAS NAS ÁREAS EM QUESTÃO

Muitas universidades no exterior realizaram pesquisas referentes ao assunto.

Em 2005 o Institute of Transportation Studies na University of California, Davis,

realizou um estudo da imagem transmitida por veículos híbridos. Nesse trabalho, é

comprovado que veículos híbridos transmitem uma imagem de preocupação ecológica e

consumismo inteligente que mesmo não sendo benefícios práticos para o consumidor, muitas

vezes acabam por compensar desvantagens funcionais.

A University of Western Australia, também apresentou um projeto semelhante,

demonstrando que além de fatores como qualidade e performance, a imagem “verde”

transmitida por veículos híbridos pode ser um fator importante na hora da compra.

O Worcester Polytechnic Institute, nos Estados Unidos da América (EUA), possui

várias pesquisas que relacionam diretamente a necessidade real de desenvolver carros mais

ecológicos com a imagem dos híbridos transmitidas ao consumidor, a fim de desenvolver este

mercado.

A Duke University também relacionou o preço dos combustíveis com a demanda de

carros híbridos nos EUA e como estes poderiam ajudar a economia de todo o país.

22

A Universidade de Campinas (UNICAMP) teve realizada uma pesquisa por parte de

seus alunos quanto a aceitação do carro hibrido no Brasil e demonstrou que as pessoas têm

maior confiança nos veículos híbridos ao puramente elétrico, alegando que os últimos ainda

têm uma tecnologia em desenvolvimento e uma baixa autonomia, ao passo que o híbrido

ainda tem o motor a combustão e portanto melhor autonomia.

Os alunos da Universidade de São Paulo (USP) juntamente com os da Universidade

Presbiteriana Mackenzie realizaram um estudo quanto às vantagens do Veículo Elétrico

Híbrido (VEH) na substituição dos carros normais (a combustão) nos centros urbanos.

O Instituto Superior de Engenharia de Lisboa teve uma pesquisa feita por um aluno

que compara o funcionamento e consumo de combustível de três veículos com o mesmo

sistema de combustão, mas associados a diferentes tecnologias em um teste baseado no Novo

Circuito de Condução Europeu.

1.2 A IMPORTÂNCIA DA PESQUISA

A escolha do tema é explicada principalmente pelos conceitos que estão em pauta na

atualidade, como “sustentabilidade”, “ecologicamente correto” e “econômico”. Tal projeto

tem sido abordado como o futuro da automobilística e um dos primeiros passos do homem ao

que seria uma sociedade condizente com a situação do planeta.

Com uma simples pesquisa, é possível averiguar que grandes montadoras, como a

General Motors Corporation, Nissan Motor Company, Toyota Motor Corporation e Honda

Motor Company, estão lançando e aprimorando os carros híbridos, utilizando o

funcionamento de um motor elétrico acompanhado de um motor a gasolina para obtenção de

menor consumo de combustível e maior eficiência nas ruas.

Mas tal tecnologia tem gerado muitas discussões sobre o que seria realmente vantajoso

e se tal carro poderia substituir o carro tradicional, seja devido à vida útil das baterias

utilizadas ou até mesmo se o próprio processo de fabricação seria ecológico.

23

1.3 OBJETIVO DA PESQUISA

Utilizando-se todas as informações apresentadas, a proposta é apresentar um carro

conceito compacto e eficiente que se utiliza dessas tecnologias. Com espaço para duas

pessoas e um porta-malas suficiente, o carro seria a imagem do que pode ser realmente

possível e viável.

1.4 ESTRUTURA DA PESQUISA

O trabalho está dividido em 8 capítulos, sendo que o primeiro apresenta o objetivo e

justificativa, o segundo mostra o funcionamento de um automóvel, o terceiro compara os

pontos em comum dos diferentes veículos, no quarto é mostrado alguns modelos de carros

híbridos, o quinto é a metodologia e as equações utilizadas para o cálculo do carro,

juntamente com os materiais, o sexto mostra os resultados obtidos, no sétimo é abordada a

forma do trabalho em si, e o último capítulo apresenta as conclusões e sugestões dos autores

para o assunto tratado no trabalho: carros híbridos.

24

FUNCIONAMENTO DO AUTOMÓVEL

________________________________________________________

25

2 FUNCIONAMENTO DO AUTOMÓVEL

Neste capítulo será abordado o sistema de funcionamento de carros a combustão,

carros híbridos e seus diferentes modos de montagem dos motores e elétricos.

2.1 VEÍCULO CONVENCIONAL

Depois de sua criação, o carro passou por diversos aprimoramentos até chegar aos

modelos atuais. O carro, com o seu tradicional motor movido à gasolina e sem nenhum

auxílio da eletrônica, objetivava mais a redução do esforço por parte do homem em sua

locomoção do que servir como um meio repleto de opções de entretenimento, tais como rádio,

aparelhos de som, televisão, entre outros. Veja que inicialmente, o carro será tratado como

algo muito simples e extremamente caro, o que era notadamente verídico em seus primeiros

anos.

Antes de se adentrar no funcionamento do motor e em algum sistema interno, serão

descritas algumas noções básicas do automóvel, o que facilitará a assimilação de algumas

informações futuras. Não se entrará em detalhes profundos na parte técnica, e sim na parte

prática.

Basicamente, o automóvel possui duas partes: a motriz, que propulsiona o veículo e a

carroceria, para cobertura e habitabilidade.

Na figura a seguir é apresentada a estrutura da parte motriz de um carro.

26

Figura 01: A estrutura básica de um automóvel, no caso um Volkswagen, dos anos 1960.

Fonte: O Volkswagen, Reparação e Manutenção, 1963, páginas 48 e 49. [1]

Na figura acima, é possível identificar o motor e os outros sistemas mecânicos que

atuam no carro. No motor, a combustão da gasolina iniciada por uma faísca produzida por

uma vela é utilizada para mover alguns cilindros. Sendo estes presos a hastes (bielas),

transferem o movimento a um eixo (árvore de manivelas ou virabrequim), que por sua vez

transfere movimento às rodas, fazendo o carro se mover. Veja outras ilustrações referentes a

um motor:

Figura 02: A combustão e os quatro tempos de um motor.

Fonte: Mecânica Solique, 2013 [2]

Na figura 2, é possível identificar os chamados quatro tempos do motor a gasolina que

são os estágios de admissão, compressão, combustão e escape. A admissão é a introdução da

mistura de gasolina (combustível) e oxigênio (comburente) nos pistões. A compressão é

quando o pistão comprime a mistura, criando as condições propícias para a próxima etapa que

é a combustão. Esta é produzida pela centelha, a faísca gerada eletricamente, que reage com

as substâncias presentes no cilindro e provoca uma força resultante que movimenta o pistão,

27

gerando o deslocamento do carro. Na última etapa, o escape, os produtos resultantes da

combustão, fumos, são expelidos para fora do sistema.

Figura 03: Um cilindro e seus elementos.

Fonte: O Volkswagen, Reparação e Manutenção, 1963, página 26. [1]

Figura 04: Virabrequim e um pistão.

Fonte: O Volkswagen, Reparação e manutenção, 1963, página 26. [1]

Já na parte da carroceria, encontra-se toda a cobertura de um carro, desde os bancos

até o painel onde fica o volante, os indicadores de: velocidade (velocímetro), de nível de

gasolina no tanque e rotações por minuto do virabrequim.

28

No Anexo B são apresentados os tipos de carrocerias e exemplos atuais de cada

categoria:

2.2 FUNCIONAMENTO DOS CARROS HÍBRIDOS E ELÉTRICOS

De maneira geral, qualquer automóvel que apresente duas fontes diferentes de energia

que auxiliem na sua movimentação pode ser considerado um híbrido, sendo o mais comum

um motor a combustão trabalhando em conjunto com um motor elétrico. Um carro com

apenas um motor a combustão que permite a utilização de mais de um tipo de combustível

(gasolina e álcool, por exemplo) não é um carro híbrido, uma vez que só possui uma forma de

propulsão. Os carros híbridos podem ser divididos em três categorias: sistema em série,

sistema em paralelo e sistema misto.

2.2.1 Sistema em série

No sistema em série o motor a combustão não está acoplado diretamente à roda,

servindo apenas como gerador para recarregar as baterias do motor elétrico, dessa forma a

emissão de gases poluentes é menor, pois o motor que movimenta o carro não é diretamente

dependente do motor a combustão.

2.2.2 Sistema em paralelo

No sistema em paralelo o motor a combustão, assim como o elétrico, é acoplado

diretamente nas rodas, possibilitando a movimentação do veículo pelos dois motores. A

29

vantagem é a possibilidade de trocar de motor quando um deles apresentar baixo rendimento,

otimizando o uso da bateria e do combustível.

2.2.3 Sistema misto

O sistema misto é a união do sistema paralelo e em série, ou seja, tanto o motor

elétrico quanto o motor a combustão são acoplados às rodas, tendo o segundo também a

função de servir como gerador para o primeiro. Com esta conjectura, é obtido melhor

aproveitamento e redução de gastos de combustível e eletricidade.

Figura 05: Funcionamento do carro híbrido, (A) Arquitetura do veículo híbrido em série; (B)

Arquitetura do veículo híbrido em paralelo.

Fonte: Portal Storage & Future, 2011 [3]

2.2.4 Elétrico

Em um carro com motor 100% elétrico, o motor recebe energia de baterias de lítio

recarregáveis que, assemelhando-se com uma instalação elétrica, utiliza-se do princípio básico

do aproveitamento máximo da energia cinética e térmica do motor.

30

Figura 06: Esquema simplificado do funcionamento de um carro elétrico.

Fonte: Howstuffworks , 2013 [4]

31

SISTEMA COMUM AOS TIPOS DE AUTOMÓVEIS

________________________________________________________

32

3 SISTEMAS COMUNS AOS TIPOS DE AUTOMÓVEIS

Apesar de terem sistemas motrizes diferentes, o carro convencional e o carro híbrido

possuem sistemas em comum. A seguir são apresentados alguns dos sistemas e suas

respectivas especificações.

3.1 SUSPENSÃO

Pelo fato dos trajetos percorridos por um carro, mesmo num meio urbano,

apresentarem irregularidades, foi necessário um sistema que absorvesse os impactos dessas

irregularidades e melhorasse a estabilidade na condução, aceleração e frenagem.

É possível perceber que, ao passar por desníveis, é gerada uma força a mais, a

projeção da aceleração do carro no sentido vertical.

Figura 07: Sistema de forças atuantes no pneu de um carro quando passa por um desnível.

Fonte: Howstuffworks, 2005.[35]

33

3.1.1 Componentes da Suspensão

Basicamente, este sistema é composto por elementos elásticos, amortecedor, eixo das

rodas, roda e pneu.

3.1.1.1 Elementos Elásticos

São os elementos com uma característica elástica, ou seja, podem se deformar e voltar

à condição original dentro de um limite de deformação. Essa característica faz com que os

componentes absorvam grande parte dos impactos e irregularidades do terreno, mantendo o

veículo estável. Os elementos elásticos podem ser:

3.1.1.1.1 Barra de Torção

A barra de torção é uma haste quadrangular, retangular ou cilíndrica que possui uma

extremidade fixa na carroceria e outra no conjunto da roda, conforme figura a seguir.

Figura 08 :Barra de Torção.

Fonte: A Bíblia do Carro, 2001-2002, página 167.[41]

34

O esforço atuante é dado através da torção resultante da força das rodas gerada ao

passarem por um desnivelamento do terreno. Esse esforço é aplicado sobre um braço de

alavanca que, ao cessar, instiga a barra a forçar o conjunto a voltar ao estado inicial utilizando

a força acumulada. A barra de torção pode ser montada de duas formas:

a) Longitudinal

Quando a barra de torção encontra-se montada na linha longitudinal do carro;

Figura 09: Barra de Torção longitudinal.

Fonte: Sistema de Suspensão e Direção, 2012.[37]

b) Transversal

Quando a barra de torção encontra-se montada no eixo transversal do carro,

geralmente usada no conjunto de suspenção traseiro.

Figura 10:Barra de Torção transversal.

Fonte: Sistema de Suspenção e Direção, 2012.[37]

35

3.1.1.1.2 Feixes de Molas

Consiste em uma lâmina de metal com um olhal em cada extremidade. Um dos olhais

é preso na carroceria e o outro é ligado a um elo móvel intermediário, o jumelo.

Figura 11: Feixe de Molas.


O feixe de molas possui grampos, que garantem sua fixação no eixo da roda, e o pino

mestre, que conserva o paralelismo às lâminas do feixe de molas. Ainda há um reforço na

parte central, onde o esforço é maior, podendo ser por um aumento na espessura da lâmina ou

acréscimo de lâminas. No segundo caso, são adicionados grampos que segurarão as lâminas.

Figura 12: Feixe de Molas com Componentes.


Quando o feixe está sem carga, a mola apresenta uma curva. Contudo, quando está

com a carga máxima, o jumelo é inclinado e a mola é tracionada, perdendo a curvatura e

ficando reta.

36

Figura 13: Esforço no Feixe de Molas.


3.1.1.1.3 Mola Helicoidal

Molas helicoidais são barras cilíndricas enroladas em espiral que possuem como

finalidade absorver a energia nos movimentos alternados de ascendência e descendência,

podendo acumular energia pela compressão de suas espiras ou pela tração das mesmas. Elas

são feitas com extremidades com o diâmetro menor e no centro com diâmetro maior. Esse

recurso é utilizado na variação da rigidez da suspensão. Em desníveis leves ou com pouca

carga no automóvel é atuante apenas as extremidades que são mais macias; se for em

desníveis mais acentuados ou com grande carga no automóvel, a mola atua até a parte central,

onde é mais rígido.

37

Figura 14: Tipos de Molas :A- Mola Banana, B- Mola Cilíndrica, C- Mola Cônica, D- Mola

Barril.


3.1.1.2 Amortecedor

O amortecedor é um componente da suspensão que minimiza a oscilação das molas,

dando ao carro maior estabilidade. Atualmente se utiliza o amortecedor telescópico, no qual

um pistão é preso no eixo da roda e na carroceria, podendo variar se é a haste ou o êmbolo é

que será fixado na carroceria ou no eixo da roda, o que é determinado pela forma de

utilização.

O amortecedor funciona com o escape do fluido de uma câmara a outra com o fluxo

reduzido. Ao passar o fluido, este exercerá uma força de resistência e diminuirá a oscilação. O

pistão tem o êmbolo com válvulas e canais de passagens que faz o fluido passar de uma

câmara a outra. Como a câmara com a haste não tem o volume necessário para receber todo o

fluido da câmara sem a haste, então ao redor do pistão foi construído um pequeno reservatório

pressurizado, onde receberá o fluido excedente e fornecerá o necessário no caso inverso no

uso do pistão.

38

Figura 15: Amortecedor Telescópio.


Sem o amortecedor, a oscilação da mola iria ser sentida mais fortemente. Com a mola,

a oscilação é reduzida. Ao absorver parte dessa energia, o amortecedor não só estabiliza o

carro como também diminui o desgaste do motor, aumentando sua vida útil.

Figura 16: Comportamentos da carroceria com e sem amortecedor.

Fonte: Sistema de Suspensão e Direção, 2012.[37]

39

3.1.1.3 Eixo de Roda

3.1.1.3.1 Eixo Dianteiro

Para o eixo dianteiro é essencial que haja estabilidade e dirigibilidade com o mínimo

de oscilação. Portanto, os sistemas mais indicados são os independentes, como o MAC

Pherson e o Trapézio Articulado.

3.1.1.3.2 Eixo Traseiro

Para o eixo traseiro é essencial que haja maior resistência à carga, pois terá o motor a

combustão no protótipo, onde há maior concentração de peso, não necessitando de mínima

oscilação, portanto são indicadas suspensões como o Eixo rígido e o Semi Eixo Flutuante.

3.1.1.4 Roda e Pneu

Outro componente da suspensão é o conjunto das rodas, composto pelos aros, pneus e

o cubo. Projetado para absorver impactos, este componente da suspensão requer uma

discriminação entre seus elementos.

3.1.1.4.1 Aros

Os aros das rodas são as bases dos conjuntos. Devem ser resistentes, leves, elásticos,

de fácil fabricação e baixo custo.

Atualmente existem três tipos de aros:

40

Figura 17 : Tipos de Aros.


a) Rodas de Aço Prensado

São rodas muito leves, resistentes, rígidas, de fácil fabricação e baixo custo. Precisam

ser perfuradas para que a passagem de ar refrigere a roda, evitando o aquecimento acima do

aceitável. Decorrente do enfraquecimento ocasionado pela perfuração, atualmente os

fabricantes furam a roda de forma que as arestas fiquem voltadas para dentro, aumentando sua

resistência;

b) Rodas com Raio

São as mais antigas que, ao invés de serem peças únicas como as anteriores, possuem

um eixo centralizado e fixado por meio de raios que são presos à roda. Elas são bem leves e

resistentes, mas os raios devem estar esticados de forma precisa, pois caso esteja muito frouxo

ou muito tracionado, pode acarretar na diminuição de vida útil, dificuldade na condução e

diminuição da resistência da própria roda. Como a roda é perfurada para a fixação dos raios, é

impossível não utilizar a câmara de ar;

c) Rodas de Liga Leve

Este modelo possui boa resistência, leveza e rigidez. Comparada à de aço prensado,

ambas possuem a mesma resistência, sendo esta mais leve. Já em comparação à roda com

raios, é mais compacta. A desvantagem mais evidente é o alto custo de fabricação.

41

3.1.1.4.2 Cubos

É o modelo de fixação mais comum entre a roda e o eixo. Consiste em quatro ou

cinco parafusos dispostos equidistantes um do outro ao redor do cubo, passantes nos furos das

rodas e fixados por porcas.

Os furos das rodas são feitos de forma cônica e as porcas, possuindo um ou os dois

topos cônicos, encaixam nas conicidades, centralizando as junto à roda e evitando que ela

escape.

Figura 18: Cubo

Fonte: A Bíblia do Carro, 2001-2002, página 150[41]

3.1.1.4.3 Pneus

São compostos por um involucro de borracha semi tubular cheio de ar, montado ao

redor da roda. Em sua carcaça abaixo da borracha tem lonas e, lateralmente, há cabos

metálicos (talões) onde entra em contato com a roda, impedindo a saída de ar. As ranhuras na

borracha são para maior aderência.

42

Os pneus são componentes que devem não apenas absorver os impactos e manter a

estabilidade, mas serem resistentes à frenagem, aceleração, curvas, ao calor produzido por

essas ações, ter rigidez e boa aderência.

Para atender essas exigências, os pneus são feitos com outros tipos de borracha, como

o batadieno-estireno, que tem boa aderência e menos ressalto, o que favorece na hora da

condução. Outro tipo é o polibutadieno, que é menos sensível a temperatura e tem maior

resistência.

É válida a mistura de aditivos para melhorar a eficácia. Há entre eles: o óleo, que

aumenta a aderência, mas desgasta mais rapidamente o pneu; o carvão, que aumenta a

resistência ao atrito; e o enxofre, que vulcaniza a mistura.

O tamanho do pneu também influencia muito na condução, pois um pneu pequeno

recebe muito esforço, não absorve bem a oscilação e não tem muita estabilidade nas curvas; já

um pneu grande tem melhor estabilidade, mas tem um alto custo e desestabiliza nas curvas,

pois sua lateral pode encostar na lataria interna do carro, o que diminui a vida útil também.

Os pneus são feitos de formas diferentes. Os antigos tinham uma câmara de ar, e o

pneu de borracha envolvia a câmara prendendo-a no aro. Atualmente são usados pneus que

não necessitam dessa câmara, pois o próprio pneu serve como câmara.

Figura 19: Comparação entre pneus com e sem câmara de ar.


43

A espessura na banda de rodagem também é importante, tanto da borracha quanto de

suas ranhuras. Por exemplo, se o pneu tem uma banda e rodagem grossa com ranhuras

espessas, tem maior aderência, mas não pode ser usado em velocidades elevadas.

Entre os pneus sem a câmara há três tipos quanto sua fabricação:

a) Diagonais

São pneus com duas ou mais lonas chamados assim porque seus fios são dispostos

diagonalmente e as lonas são montadas de forma a deixar os fios entrelaçados. A vantagem é

o conforto proporcionado por ele, mas causa efeitos secundários na direção. Caso os fios da

lona fiquem entrelaçados a favor da direção de rotação, haverá uma melhor estabilidade na

rodagem.

As lonas eram feitas de algodão e a capacidade de suportar carga era medida pelo

número de lonas. Contudo, com os avanços tecnológicos, houve uma diminuição no número

de lonas e um aperfeiçoamento no limite de carga suportado;

Figura 20: Pneu tipo diagonal.


44

b) Radial

Os fios deste modelo são dispostos radialmente no pneu e possui lonas estabilizadoras

que são mais flexíveis e tem maior durabilidade, porém não muito conforto. Por isso não é

recomendado para velocidades elevadas e não mantém estabilidade direcional. Para ter a

estabilidade, utiliza-se as lonas estabilizadoras;

Figura 21: Pneu tipo radial.


c) Diagonal com Lona Estabilizadora

Esse pneu surgiu para ter os pontos fortes dos dois tipos de pneus, com a lona em

diagonal e com as lonas estabilizadoras, possuindo maior durabilidade. Os pneus diagonais

têm a superfície de contato menor que os radiais. Com a lona estabilizadora, a superfície

aumentou e proporcionou melhor aderência e diminuiu a deformação no pneu.

45

Figura 22: Pneu diagonal com lona de estabilidade.


3.1.2 Tipos de Suspensão

A seguir estão especificados os tipos de suspensão e suas características.

3.1.2.1 Suspensão de Eixo Rígido Hotchkiss

É uma suspensão que tem um eixo rígido ligado as rodas, amortecedores e molas. Tem

maior rigidez e baixo custo, pela sua simplicidade. Não necessita de alinhamento de câmber

(Ângulo de inclinação das rodas, o alinhamento serve para manter as rodas retas na vertical).

46

Figura 23: Eixo Rígido (Hotchkiss) .


3.1.2.2 Suspensão de Eixo Independente

Nessa suspensão, as rodas estão ligadas ao chassi ou plataforma com o seu próprio

sistema de molas de forma independente da outra Dessa forma, os movimentos gerados em

uma não irá interferir na outra, como no caso do eixo rígido. Nesse tipo de sistema há também

a barra estabilizadora, que irá atuar nas curvas proporcionando maior estabilidade nas curvas.

Figura 24: Barra Estabilizadora.


47

Figura 25: Comparação entre eixo rígido e eixo independente.


3.1.2.3 Suspensão Mac Pherson

É uma suspensão que juntou as molas com o amortecedor, que tornou o sistema de

estabilização um único componente, a mola usada é helicoidal, pois ela será colocada ao redor

do amortecedor. É um sistema simples e absorve melhor os impactos, mas a carroceria deve

ser muito resistente.

Figura 26: Suspensão MAC Pherson.


48

3.1.2.4 Trapézio Articulado, Forquilha Dupla ou Bandeja Dupla

É um sistema que utiliza forquilhas ou triângulos articulados duplos, tendo capacidade

de manter as rodas na posição ideal. É resistente às forças de aceleração, frenagem e em

curvas. As forquilhas não são paralelas nem do mesmo tamanho. Assim, quando o veículo

passar por uma pista irregular, a roda poderá se movimentar e a forquilha de tamanhos

diferentes fará com que a roda incline nessas irregularidades, deixando-a perpendicular à pista

e tendo menor desgaste dos pneus. Essa diferença de tamanho atribui um melhor

comportamento nas curvas dando maior estabilidade ao carro.

Figura 27: Suspensão Trapézio Articulado.


49

3.1.2.5 Semi Eixo Flutuante (Suspensão Traseira Independente)

Esse sistema é um sistema independente onde o eixo é acoplado ao cárter do

diferencial e em cada eixo há um cardan. É semelhante ao MAC Pherson, quanto a utilização

da mola e amortecedor.

Figura 28:Semi Eixo Flutuante.


3.2 SEGURANÇA

Em termos de segurança, veja o sistema adotado pelo Smart Fortwo, um dos carros

conceito adotado pelo grupo, no Anexo H. Basicamente, ele é composto por: ABS (Anti-lock

Braking System – Sistema de Freio Anti-bloqueio), garante que o veículo permaneça dirigível

na pista, mesmo quando os freios são acionados bruscamente; o posicionamento da bateria, no

assoalho do carro, evitando uma deformação em caso de colisão; e dois air-bags frontais, ou

seja, duas bolsas de ar que, numa colisão do veículo, são acionadas e se expandem,

protegendo o motorista e o passageiro.

50

Figura 29: Air Bags frontais acionados em um modelo teste.

Fonte: Air Bags obrigatório para todos os veículos, 2011.[38]

Para demonstrar a importância do Air Bag, o próprio Denatran (Departamento

Nacional de Trânsito) emite comunicados e instruções referentes ao uso correto de tal

adicional que pode salvar vidas em um acidente. Veja no Anexo G.

Para maior segurança, há ainda a presença de mais um air-bag na parte de cima do

carro, a fim de amortecer o impacto de colisões que afetem a parte superior do carro, ou seja,

no teto.

Ainda de forma preventiva, é instalado na parte traseira maior quantidade de aço e

com uma característica especial, melhor absorção de impacto.

Ainda na questão de segurança, um dos principais itens é o cinto de segurança.

51

3.2.1 Cinto de Segurança

Este age de forma simples: em uma batida ou frenagem brusca, impede que a pessoa

que o utiliza seja arremessada para frente. Tal item reduz em 45% o risco de morte por

acidente de trânsito. Há quatro tipos deste equipamento de segurança: cinto de três pontas,

cinto de cinco pontas, protetor suspenso e protetor em “t”.

Figura 30: Nils Bohlin, inventor do cinto de segurança de três pontos, com sua invenção.

Fonte: Wired, 2008[44]

3.2.1.1 Cinto de Três Pontas

Mais usual entre os modelos de automóvel, este possui uma alça que cruza o ombro

até a região da cintura, se encaixando com uma fivela, na base do assento.

52

3.2.1.2 Cinto de Cinco Pontas

Este tipo, como o próprio nome já diz, é composto por cinco partes: duas nos ombros,

duas na cintura e uma entre as pernas. É muito presente em corridas, onde é exigida certa

estabilidade no assento e em cadeirinhas, utilizadas para transportar bebês.

3.2.1.3 Protetor Suspenso

Utilizado no transporte de crianças, este é muito similar aos usados nos parques de

diversões para a segurança em montanhas russas. É composta de uma barra acolchoada que

garante um apoio para o passageiro e um modo de assegurar que este continue no assento,

mesmo com uma batida no veículo.

3.2.1.4 Protetor em “T”

Utilizado também para transporte de crianças, este dispositivo se encontra presente nos

brinquedos de parques de diversões chamados “elevadores”. É um dispositivo ligado na parte

superior do assento que, ao ser girado até imobilizar o ocupante, garante também uma

estabilidade a choques que afetem a altura do veículo.

3.2.2 Especificações Adicionais

No Anexo H, se encontram algumas especificações de segurança de um automóvel

elétrico, no caso, o Smart Fortwo. Este, além dos itens já mencionados, tem sua bateria

posicionada no assoalho do carro, para garantir sua integridade em caso de batida, e caixa de

53

um aço especial, que possui propriedades que garantem maior absorção de impacto. Estas

caixas estão localizadas na traseira e dianteira do carro.

3.3 INTERIOR

Veja que todos os carros oferecem determinado pacote de acessórios para o interior do

automóvel. Veja ilustrações do próprio Smart Fortwo:

Figura 31: Imagem do Smart Fortwo.

Fonte: Smart Eletric Drive, 2013.[13]

Figura 32: Imagem do Interior do Smart Fortwo.

Fonte: Smart Eletric Drive, 2013.[13]

54

De um modo geral, os modelos disponíveis no mercado não apresentam tanta variação

em termos de adicionais. Veja diferentes tipos de interiores:

Figura 33: Interior do Nissan March.

Fonte: Nissan Motors Company, 2013. [34]

Figura 34: Interior do Hyundai i30.

Fonte: Hyundai Motors Brasil, 2013. [33]

Basicamente, tirando os comandos básicos, como volante, câmbio e pedais de

acelerador e freio (há também o da embreagem para os modelos de câmbio manual), o carro

oferece rádio, ar condicionado, porta luvas, porta objetos, GPS (Global Positioning System –

Sistema de Posicionamento Global), vidros e travas elétricas, banco, tapete e revestimento.

55

3.4 AERODINÂMICA

Um estudo da aerodinâmica do carro possibilita uma melhor modelagem da carroceria,

maior economia de combustível, maior estabilidade do carro, melhor refrigeração e ventilação

no interior do veículo.

Figura 35: Um dos primeiros modelos de carro projetados visando maior aerodinâmica, o

Torpedo, de 1920.

Fonte: The Truth About Cars, 2010[45]

.

O estudo começou em 1920, com Rumpler e Jarray, que propuseram uma análise do

número de escoamento de ar através de um túnel de ventilação. Este foi o ponto de partida

oficial, pois antes houve algumas tentativas mais empíricas para o desenvolvimento do que

viria a ser um dos principais meios de reduzir custos e perdas no trabalho de um veículo.

56

MODELOS DE CARROS HÍBRIDOS E ELÉTRICOS

________________________________________________________

57

4 MODELOS DE CARROS HÍBRIDOS E ELÉTRICOS

Em 1998 surge o primeiro carro híbrido produzido em grande escala, o Toyota Prius.

Como resultado de tal fato, diversas montadoras apostaram no novo ramo do mercado e

lançaram seus próprios modelos. Eis abaixo uma lista com alguns carros de ambos os tipos

disponíveis no mercado atual:

Tabela 1: Listagem dos carros híbridos disponíveis no mercado mundial das Montadoras

Toyota e Honda.

Modelo do carro Tipo Montadora

Prius Plug-in Hybrid Híbrido Toyota Motor Corporation

Camry Hybrid Híbrido Toyota Motor Corporation

Highlander Hybrid Híbrido Toyota Motor Corporation

RAV4 EV Híbrido Toyota Motor Corporation

Prius v Híbrido Toyota Motor Corporation

Prius c Híbrido Toyota Motor Corporation

CR-Z(Compact Renaissance

Zero –Renascença do Compacto

Zero)

Híbrido Honda Motor Company

Honda Civic Hybrid Híbrido Honda Motor Company

Honda Insight Híbrido Honda Motor Company

Honda Accord Hybrid Híbrido Honda Motor Company

Fonte: Honda Worldwide, 2013[5]

; New Toyota Hybrid Vehicles, 2013. [6]

58

Tabela 2: Listagem de alguns carros elétricos disponíveis no mercado mundial, com suas

respectivas montadoras.

Fontes: Mitisubishi i-Miev Eletric Car [7]

, 2012; Ford Hybrids and Eletric Vehicles[8]

, 2013; Renault Zero

Emission, 2013[9]

; Nissan Leaf Eletric Car, 2013. [10]

E, mesmo com uma linha de pesquisa bem desenvolvida no mundo, no Brasil ainda é

pequeno o número de automóveis disponíveis para a compra, conforme tabela a seguir:

Tabela 3: Listagem dos carros híbridos disponíveis no mercado brasileiro, com suas

respectivas montadoras.

Modelo do carro Montadora Preço

Mercedes-Benz S 400 Hybrid Mercedes-Benz US$ 349.900,00

Toyota Prius Toyota Motor Company R$120.000,00

Ford Fusion Hybrid Ford Motor Company R$133.900,00

BMW Série 7 Active Hybrid BMW R$546.050,00

BMW Active Hybrid 3 BMW Preço não tabelado

Kia Optima Híbrido Kia Motors Preço não tabelado

Fonte: Revista EXAME, Os carros híbridos disponíveis no mercado brasileiro, 2013. [11]

A seguir são apresentados os veículos que serão utilizados como base para o

desenvolvimento do modelo proposto. Os dois primeiros veículos são relativamente simples

seguindo a linha dos compactos e hatchs.

Modelo do carro Montadora

i-MiEV Mitsubishi Motors

Zoe Renault S.A.

Nissan Leaf Nissan Motor Company

Fluence Zero Emission Renault S.A.

Focus Electric Ford Motor Company

59

4.1 COMPACTOS E HATCHS

Neste capítulo serão mostrados modelos de carros de marcas diferentes, que se

utilizam de tecnologia semelhante à tratada no trabalho, para fins de comparação com o

projeto.

4.1.1 Toyota Prius

Desenvolvido desde 1997, ano de seu lançamento no mercado mundial, o Toyota Prius

continua a anunciar a nova tecnologia em seu sistema Hybrid Synergy Drive (Propulsão de

Sinergia Híbrida).

Figura 36: Toyota Prius

Fonte: Portal Toyota – Prius, 2013 [6]

A inovação presente no carro diminui o consumo de combustível e emissões de gases

através de seu comportamento quando em determinadas situações. Quando parado, o motor a

combustível é desligado e o motor elétrico, que chega a até 50km/h, é acionado. Tendo um

design aerodinâmico de modo a proporcionar uma menor resistência do ar, atinge uma

velocidade máxima de 180km/h e uma aceleração que resulta em 10,4 segundos para ir de 0-

100km/h. Possui 5 lugares, dois na frente e três atrás, e um porta malas de 445 litros de

capacidade.

60

Basicamente seu funcionamento consiste no aproveitamento do calor do motor a

combustão para carregar o motor elétrico, o que evita o desperdício. Com 1798 cm³ de

cilindrada, a potência máxima do Prius é de 99cv a 5200rpm.

4.1.2 Nissan Leaf

Sendo o primeiro carro totalmente elétrico a conseguir pontuação máxima nos testes

de segurança da Euro NCAP(New Car Assessment Program - Programa Europeu de

Avaliação dos Veículos Novos), o modelo elétrico da Nissan entrou no mercado com a

intenção de lançar uma tecnologia totalmente independente de gasolina e álcool.

Figura 37: Nissan Leaf

Fonte: 2013 Nissan LEAF, 2013 [10]

Com uma bateria que recarrega de 0% a 80% em cerca de trinta minutos, possui

velocidade máxima de 145 km/h e, como qualquer modelo compacto com carroceria hatch,

oferece cinco acomodações. Possui 107 cv, e rodas de 17 polegadas de liga leve. O seu design

aerodinâmico propõe uma maneira moderna, sustentável e eficiente de transporte.

61

4.1.3 Smart Electric Drive

Com os testes iniciados em 2007 em Londres, o Smart ED (Electric Drive – Condução

Elétrica) traz o famoso carro urbano Smart Fortwo para o mercado dos carros elétricos.

Figura 38: Smart Electric Drive

Fonte: Smart USA, 2013 [13]

Com a sua terceira geração programada para 2013, o carro chega a produzir 74 HP (55

kW) através de uma bateria de íons de lítio de 17.6 kWh. Pode chegar até 120 km/h e faz de 0

a 100 km/h em menos de 13 segundos. Como seu foco é o mercado urbano, sua autonomia é

de 140 km.

O Smart Fortwo é conhecido pelo seu design extremamente compacto. Seu foco nunca

foi viagens de longas distâncias (embora ainda possam ser feitas), mas sim facilitar a vida do

motorista na hora de estacionar em seu dia a dia. A versão normal também é conhecida por

ser econômica com seu motor de 3 cilindros e de 999cc fazendo com que sua performance

seja boa o suficiente para situações rotineiras. A versão elétrica não fica longe disso, mas tira

qualquer possibilidade de longas viagens. Como qualquer carro elétrico, demora para ser

carregado por completo, aqui no caso cerca de 7 horas.

62

4.2 ALTA PERFORMACE

Iniciado nos modelos compactos, os carros de alta performance também estão

começando a incorporar tecnologias sustentáveis, como por exemplo a desativação de

cilindros, transformando um motor V8 em V6 a fim de economizar combustível e produzir

menos gases poluentes. No entanto ainda são poucos os que têm como foco principal a

sustentabilidade, mas há duas montadoras em especial que podem ser consideradas uma

exceção, são elas Tesla Motors, Inc. e Fisker Automotive, Inc..

A Tesla Motors tem como destaque o Tesla Roadster, um carro esportivo

completamente elétrico, já a Fisker tem o Karma como seu único modelo, que é um híbrido

em série. Sendo que esses carros levam a tecnologia ao extremo, eles se tornam exemplos

perfeitos do alcance e da eficiência da mesma.

4.2.1 Tesla Roadster

O Roadster estudado aqui foi o modelo produzido entre 2008 e 2012. Atualmente o

carro está em um processo de redesign e tem previsão de voltar ao mercado em 2014. O

Roadster foi o primeiro carro elétrico com autonomia suficiente para utilizar autoestradas

produzido em série nos EUA.

Figura 39: Tesla Roadster.

Fonte: AutoBlog, Driven : 2009 Tesla Roadster v1.5, 2008 [14]

Custando cerca de US$109.000 a versão base, ele também foi o primeiro carro de

produção a usar baterias de íons de lítio e a superar 320 km com uma única carga, além de

outros recordes.

63

O carro é movido por um motor elétrico de 3 fases e 4 polos de indução que geram

cerca de 248 HP (185 kW) e um torque máximo de 200 lb ft (270 N m) obtido de maneira

constante entre 0 e 5400 rpm, o que mostra umas das principais diferenças de carros elétricos

para motores a combustão. É capaz de chegar a 200 km/h e faz de 0 a 100 km/h em 3.9

segundos, pesando cerca de 1.200 kg. Sua transmissão é de velocidade única com relação

média de 8.28:1 (CVT – Continous Variable Transmission/ Transmissão Continuamente

Variável).

A bateria tem um alcance de 400 km (em condições próprias) e uma expectativa de

vida de sete anos ou 160.000 km. É constituída de 6.831 células individuais e leva cerca de 3

horas e meia para recarregar por completo usando o equipamento fornecido pelo fabricante

em uma tomada de 240 V e 70 A.

Em testes o Roadster apresentou uma eficiência de até 90% no aproveitamento de

energia armazenada para a transmissão, o que é muito mais do que em um motor a combustão

comum, que em média beira 15%.

Sendo um carro totalmente elétrico o Roadster tem suas desvantagens. Sua autonomia,

como em todos os carros, está ligada diretamente ao tipo de condução aplicada e pode ser

reduzida drasticamente. No mundo atual, mesmo em países desenvolvidos, ainda não há uma

infraestrutura adequada para carros elétricos e uma recarga completa que, nas melhores das

condições leva cerca de 3 horas e meia, ainda é um inconveniente se compararmos aos carros

normais que podem ser reabastecidos em menos de 10 minutos. Viagens precisam ser bem

planejadas e podem durar mais tempo do que em um carro comum. A manutenção também

estaria restrita ao fabricante e a vida útil média de sete anos da bateria também apresenta ser

um empecilho, já que um novo conjunto de baterias custa cerca de US$ 36.000, mais de 1/3

do valor do carro.

4.2.2 Fisker Karma

Com a sua produção iniciada em 2011, o Karma é um carro híbrido do tipo em série,

isto é, embora possua um motor a gasolina este funciona apenas como um gerador para

estender a autonomia do motor elétrico, o único ligado a transmissão. Com o preço entre

US$102.000 e US$116.000, o Karma tenta ser ecologicamente correto em todos os aspectos

possíveis, utilizando-se de painéis solares em seu teto para obter energia extra, e a madeira

64

utilizada em seu interior tem origem de árvores que caíram naturalmente, vítimas de incêndios

florestais e até mesmo que afundaram em lagos.

Figura 40: Fisker Karma

Fonte: Revista CAR and DRIVER , Geely e Dong Feng querem comprar Fisker, 2013 [15]

Movido por dois motores elétricos de 161 cv (120 kW) e torque máximo de 479 Nm

cada um, a velocidade máxima limitada é de 200 km/h. Se considerarmos o motor a gasolina

2.0 de 260 cv, o Karma possui 420 cv no total. Pesando cerca de 2.400 kg e pode fazer de 0 a

100 km/h em cerca de 6.3 segundos.

A autonomia do carro quando está em seu modo completamente elétrico pode chegar a

83 km, mas pode ser estendida para 370 km com o auxílio do motor a gasolina e seu painel

solar em seu teto pode produzir até 8 km adicionais por semana. Se ligado na tomada, seu

conjunto de baterias de íons de lítio é carregado por completo entre 6 a 14 horas.

Embora o Karma possua uma autonomia totalmente elétrica inferior a outros modelos

no mercado, ele praticamente exclui o problema de longas viagens com seu motor a gasolina,

que pode ser abastecido como qualquer outro carro. No entanto o problema das baterias ainda

é o mesmo do Tesla, sendo que sua vida útil ainda não pode se comparar a carros com motor a

combustão.

65

MÉTODOS

________________________________________________________

66

5 MÉTODOS

Há alguns conceitos e cálculos utilizados no Capítulo 6 Resultados , que merecem uma

abordagem neste trabalho.

5.1 ELETRICIDADE

Para especificar as baterias, foram utilizadas as seguintes fórmulas:

Fórmula de potência em sistemas trifásicos

√

Eq.(5.1)

Onde:

P é a potência em watts(W)

N é o número de células

V é a tensão individual de cada célula em volts(V)

I é a corrente em amperes (A)

é o fator de potência (adotado 0,8)

A fórmula anterior é derivada de uma das fórmulas mais conhecidas no ramo da

eletricidade:

P = V . A

Eq.(5.2)

Onde:

P é a potência em watts (W)

V é a tensão em volts (V)

A é a corrente em amperes (A)

67

Tal fórmula é utilizada para corrente contínua, onde as grandezas envolvidas só

dependem da energia potencial da carga.

Outra fórmula usada no trabalho foi:

Eq.(5.3)

Onde:

Wh é energia em watt-hora (Wh)

V é a tensão em volts(V)

Ah é a capacidade elétrica em ampère-hora(Ah)

Basicamente é uma variação da anterior, sendo que foi adicionada a grandeza tempo

dos dois lados da equação, que passa a medir a energia utilizada e não mais a potência.

5.2 ELEMENTOS E DISPOSITIVOS MECÂNICOS

Aplicando a fórmula abaixo é possível determinar a potência em relação ao torque e

velocidade angular. Tal fórmula é consequência de vários estudos, começados desde a

antiguidade, quando se tinha noção básica de força e movimento, passando por Newton e suas

três leis, que iniciou o estudo da física moderna no ramo da cinética, e por outros mais.

Eq.(5.4)

Onde:

P é a potência em watts (W)

T é o torque em newton-metro (N.m)

é a velocidade angular em radianos por segundo (rad/s)

68

Aplicando a fórmula abaixo é possível determinar o tempo através da razão entre

energia em watt-hora e potência em watt, tendo:

Eq.(5.5)

Onde:

Wh é energia em watt-hora (Wh)

W é potência em watt (W)

h é tempo em hora (h)

69

Fórmula utilizada no cálculo do amortecedor:

Eq.(5.6)

Onde:

Pmotor é potência do motor em watt (W)

M é Massa do veículo em quilogramas (kg)

g é aceleração da gravidade em metros por segundo ao quadrado (m/s²)

senθ é seno do ângulo de inclinação do chão em graus

v é velocidade do veículo em metros por segundo (m/s)

A segunda lei de Newton, a relação fundamental da dinâmica, relaciona as grandezas

força, massa e aceleração. Esta é, basicamente, resultado do estudo de Isaac Newton no ramo

da física mecânica e cinética.

Eq.(5.7)

Onde:

F é força em Newton (N)

M é massa (kg)

A é aceleração (m/s²)

A área é calculada pela formula da área da circunferência.

Eq.(5.8)

Onde:

D é diâmetro (m)

70

5.3 AUTOMOBILÍSTICA

Nesta seção ira ser abordado um estudo quanto à forma, a aerodinâmica e potência do

projeto apresentado.

5.3.1 Aerodinâmica

A carroceria do Smart Roadster utilizada neste projeto, não pode ser considerada de

extrema eficiência aerodinâmica, mas se enquadra na maioria dos carros existentes no

mercado.

Figura 41: O Smart Roadster em movimento.

Fonte: Dooyoo, 2008 [46]

De forma geral um veículo tem a sua eficiência aerodinâmica medida com base em seu

coeficiente aerodinâmico ( ) e em sua área de arrasto ( ), isto é, o coeficiente

aerodinâmico multiplicado pela área frontal do veículo.

O coeficiente de resistência aerodinâmico é determinado experimentalmente. Este

considera a influência da forma, do acabamento superficial e do fluxo de ar para refrigerar e

ventilar o interior do carro.

71

Com essas variáveis é possível obter a força de arrasto ( ), que é a força necessária

para o veículo vencer a resistência do ar e, por conseguinte, a potência utilizada pelo motor

( ) para tal.

Através da fórmula abaixo, é possível determinar a força utilizada pelo motor para

superar a resistência do ar.

Eq.(5.9)

Onde:

é a densidade do ar em quilograma por metro cúbico(kg/m³)

é a velocidade do carro em relação ao ar em metros por segundo(m/s)

é chamado de pressão dinâmica em newton por metro quadrado(N/m²)

é o coeficiente aerodinâmico

A potência necessária para que o carro vença a resistência do ar é dada pela

multiplicação da força pela velocidade do carro. Logo:

Eq.(5.10)

Onde:

Pd é Potência (W)

Fd é Força (N)

v é velocidade (m/s)

5.4 MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO MECÂNICA

A seguir encontram-se alguns conceitos utilizados no projeto, principalmente na seção

que trata de carroceria.

72

5.4.1 Massa Específica

A massa específica de uma substância ou de um objeto é a razão entre a massa total do

que está sendo analisado e o volume que ocupa.

Sua fórmula é:

µ= M/V

Eq.(5.11)

Onde;

µ é Massa específica em quilogramas por metro cúbico(kg/m³)

M é Massa em quilogramas (kg)

V é Volume em metros cúbicos (m³)

5.4.2 Rigidez

O conceito de rigidez se baseia na resistência que um corpo possui quando aplicada

uma força. Tal corpo necessariamente é elástico, ou seja, volta a sua condição natural quando

aplicado até o seu limite de escoamento.

5.4.3 Resistência à Tração

Resistência à tração é a qualidade do material em questão de suportar esforços

aplicados que “estiquem” seu corpo, ou seja, aumentem seu comprimento até romper na

secção transversal mais frágil.

5.4.4 Resistência à Fratura

Resistência do material até que sua fratura ocorra, ou seja, até que deixe de ser algo

inteiro e integral e passe a ser partes de um todo, não tendo mais suas propriedades naturais.

73

5.4.5 Condutividade Elétrica

Qualidade do material de conduzir energia elétrica, ou seja, dentre suas propriedades

mecânicas consegue transmitir energia elétrica.

5.4.6 Elasticidade

Característica do material de se deformar preservando suas propriedades naturais.

5.4.7 Tensão de Cisalhamento

Tensão de cisalhamento é a tensão causada pela aplicação de uma força cisalhante em

uma determinada área transversal. Força cisalhante é aquela que atua de forma paralela.

5.4.8 Diagrama de Fases

Diagrama de fases é um diagrama que ilustra a composição de uma liga considerando

a variação de composição e a temperatura.

5.4.9 Coeficiente de Poisson

Coeficiente de Poisson é o coeficiente que estima a deformação longitudinal de um

material homogêneo e isotrópico, ou seja, de um material composto de apenas um material e

possui propriedades mecânicas idênticas em qualquer parte de seu todo.

5.4.10 Tenacidade

Tenacidade é a energia ou o impacto necessário que se deve aplicar para obter a

ruptura de um determinado material.

74

RESULTADOS

_____________________________________________________

75

6 RESULTADOS

A partir dos métodos apresentados e conhecimentos básicos de física e matemática,

obtivemos os resultados apresentados neste capítulo.

6.1 MOTOR ELÉTRICO E BATERIAS

De forma geral, os componentes utilizados neste segmento foram baseados no Smart

EV, mas grande parte dos dados não é disponibilizada ao público e o protótipo não funcionará

nas mesmas condições que o mesmo.

O Smart EV é movido por um motor síncrono trifásico de dois polos de 55kW de

potência conectado a um conjunto de 93 células de baterias do tipo íon-lítio Nickel-

Manganese-Cobalt – Níquel-Manganês-Cobalto (NMC) cuja tensão individual de cada uma é

de aproximadamente 3,65V. Devido ao fato das baterias fornecerem corrente contínua, é

necessário convertê-la para alternada de forma que o motor síncrono funcione. Tal conversão

é realizada através de um inversor trifásico com tecnologia Insulated Gate Bipolar Transistor -

Transistor Bipolar de entrada isolada (IGBT). É importante ressaltar que como o motor

síncrono não possui torque inicial, a cada vez que o veículo é imobilizado se faz necessária a

partida com o enrolamento de seu rotor curto circuitado (simulando um motor de indução).

Quando uma rotação próxima da síncrona é atingida, o rotor recebe corrente contínua em seu

enrolamento fazendo com que o mesmo entre em sincronismo.

76

Figura 42: Exemplo de motor síncrono.

Fonte: Direct Industry, 2013 [47]

O valor da corrente utilizada no sistema não é informado, mas é possível encontra-lo

utilizando a equação 6.1:

√

Eq.(6.1)

Considerando-se eventuais perdas no inversor e no motor, foi utilizado um rendimento

de 96% no sistema. Substituindo então os valores tem-se que:

√

O valor da capacidade do conjunto das baterias fornecido pelo fabricante é de

17600Wh (Watts hora). De posse deste valor é possível descobrir a capacidade em Ah

(Ampère hora) de forma a determinar qual a máxima corrente que pode ser utilizada para o

carregamento das baterias, assim como a autonomia do conjunto. Tem-se então, utilizando a

equação 6.2:

Eq.(6.2)

77

Por questões de segurança, as baterias em uma instalação doméstica monofásica só

poderão ser carregadas com uma corrente equivalente a 40% de sua capacidade. Sendo assim:

A máxima corrente que a bateria pode ser carregada é de 20,77A. Em posse deste

valor, é possível determinar qual o tempo de recarga em instalações domésticas com 127V e

220V. Essas instalações não são trifásicas e, portanto não propiciam recargas rápidas. A

corrente de 20,77A pode ser utilizada sem adaptações na maioria das instalações com

segurança.

Para fins práticos foi adotado o valor da corrente como 20A o que também poderia

representar as variações presentes no circuito.

Para 127 V:

Eq.(6.3)

Eq.(6.4)

O tempo necessário para recarga total será aproximadamente 7 horas.

Para 220 V:

Eq.(6.5)

78

Eq.(6.6)

O tempo necessário para recarga total será exatamente 4 horas.

6.2 MOTOR A COMBUSTÃO

O motor a combustão no veículo terá a função de acionar por acoplamento direto um

gerador, fornecendo energia para as baterias ou diretamente para o motor elétrico. Dessa

forma, ele nunca estará conectado diretamente ao eixo do veículo.

O motor escolhido é o mesmo utilizado no Smart CDi. O OM 660 é fabricado pela

Mercedes e é o menor motor de injeção direta a diesel produzido no mercado. Pesando cerca

de 65kg, possui uma potência de até 54HP.

Figura 43: O motor OM 660.

Fonte: Diesel Power, 2010[48]

79

Esse motor tem em sua curva característica o máximo valor de torque de 100 N.m

atingido em 1700rpm, mantendo-se nesse valor até 3000 rpm, sendo essa última rotação o

valor em que é atingida a potência máxima.

Aplicando a equação 6.7 é possível determinar a potência nessas condições:

Eq.(6.7)

Condição 1 (econômica):

Considerando o torque máximo com a rotação de 1700rpm:

Considerando o valor acima com uma perda de 10%

Admitindo-se que o gerador funcione na mesma tensão que o motor elétrico e o banco

de baterias (339,45V), temos que o motor a combustão a 1700rpm gera:

√

Eq.(6.8)

√

80

Condição 2 (potência máxima):

Considerando a potência máxima e o torque máximo na rotação de 3000rpm:

Eq.(6.9)

Considerando o valor acima com uma perda de 10%

Admitindo-se que o gerador funcione na mesma tensão que o motor elétrico e o banco

de baterias (339,45V), temos que o motor a combustão a 1700rpm gera:

√

Eq.(6.10)

√

O protótipo necessita contar com um gerenciador micro processado de forma a variar a

rotação do motor entre 1700 e 3000rpm, conforme o estado de carga das baterias e da

demanda do motorista.

O pedal do acelerador (reostato) tem por função variar a frequência do motor elétrico

(entre 0 e 60Hz, para a rotação máxima de 3600rpm) e de controlar o gerenciador do motor

diesel, de forma a variar a rotação desse último dentro dos valores já estabelecidos, conforme

o estado das baterias. Dessa forma, o carro passará a funcionar em modos distintos, a saber:

Funcionamento somente elétrico: O motor elétrico é acionado somente pelas baterias,

podendo estar o motor a combustão desligado;

81

Funcionamento híbrido: O motor elétrico é suprido em parte pelas baterias e em parte

pelo gerador o qual é acionado pelo motor a combustão. Nesta condição as baterias fornecem

a corrente e não são carregadas;

Funcionamento através do motor a combustão: O motor elétrico é suprido somente

pelo gerador, podendo este carregar ou não as baterias simultaneamente, conforme o estado de

sua carga. Ressaltamos que não há acoplamento mecânico entre o motor a combustão e o eixo

do veículo, o que não torna este veículo do tipo híbrido misto.

Uma vez que o motor elétrico, sendo do tipo síncrono é uma máquina reversível, é

prevista a utilização de outra função no gerenciador eletrônico do veículo, permitindo que as

baterias também sejam carregadas a partir da corrente gerada por este motor elétrico. Desta

forma, em o veículo estando no modo “freio motor” (por exemplo, em uma descida de serra)

as baterias também podem receber carga do motor utilizado para tração, mesmo com o motor

a combustão desligado.

Deve ser destacada ainda a possibilidade de o motor a combustão carregar o banco de

baterias com o veículo estacionado, característica essa útil em locais onde não se dispõe de

eletricidade. Nesta condição, o carregamento completo com o motor a combustão e a bateria

teoricamente zerada é dado por:

Condição a 1700rpm (econômica):

Eq.(6.11)

√

Tempo total seria de aproximadamente 1 hora e 6 minutos.

82

Condição com 3000rpm (potência máxima):

Eq.(6.12)

√

Tempo total seria de aproximadamente 37 minutos.

Deve ser destacado que o circuito de cargas das baterias, composto de ponte

retificadora trifásica e regulador de tensão micro processado deverá limitar esses valores de

corrente até o banco de baterias atingir cerca de 90% de sua carga, reduzindo-os logo após.

Portanto os tempos acima irão sofrer um ligeiro acréscimo (conhecidos no mercado como

carregadores inteligentes).

Dimensionamento dos cabos:

Usando a tabela da WECO , apresentada no Anexo C, temos que:

Das baterias ao motor temos 112,25A, o fio será 35mm² ;

Do gerador diretamente ao motor elétrico o fio será de 16mm² ;

Do gerador as baterias o fio será de 16mm² ;

6.3 CARROCERIA

Para a confecção da carroceria, foi realizado um estudo geral dos materiais, da

aerodinâmica do carro e outros fatores que influenciam tais aspectos.

83

6.3.1 Estudo de Materiais

Analisando as exigências que uma carroceria requer para proporcionar bons

resultados, um material sólido é obviamente o mais adequado por sua constância e suas

propriedades mecânicas, como maior resistência a esforços internos e externos, preservando

sua forma e características.

Existem basicamente três tipos de materiais sólidos: metal, cerâmica e polímero. Os

compósitos são a união de dois desses tipos. Para a confecção da carroceria de um carro os

metais são os mais utilizados, embora existam certos modelos que utilizam fibras de vidro e

de carbono. A figura a seguir compara os tipos de materiais sólidos quanto a sua rigidez:

Figura 44: Gráfico de barras dos valores da rigidez (i.e., do módulo de elasticidade) à

temperatura ambiente para vários materiais metálicos, cerâmicos, polímeros e compósitos.

Fonte: Ciência e Engenharia de Materiais – Uma Introdução, 2008[28]

84

Figura 45: Gráfico de barras da resistência à fratura (i.e., da tenacidade à fratura) à

temperatura ambiente para vários materiais metálicos, cerâmicos, polímeros e compósitos


APUD: Engineering Materials 1:

Na Introduction to Properties , Applications and Design, third editon, M. F. Ashby and D. R. H. Jones, pp.177 /

178. Copyright 2005

É possível verificar nos gráficos apresentados que o metal possui maior resistência a

tração e à fratura e bom índice de rigidez, sendo estas características vitais para a conservação

da forma da carroceria e a preservação da integridade dos componentes internos do automóvel

em caso de forças externas. Por exemplo: Em um choque com outro automóvel, caso não se

tenha uma boa resistência, o impacto poderia afetar gravemente o motorista e o passageiro.

Veja que, para obtenção de uma carcaça segura, a matéria prima deve apresentar certa

rigidez para a integridade do veículo, maior durabilidade do carro e segurança do motorista,

pois em qualquer batida, uma mesma força tem menor impacto num estrutura rígida do que

uma frágil. O mesmo seve para resistência a tração e fratura. Por isso, mesmo apesar de

possuir um peso específico maior e ter maior condutividade elétrica, foi adotado um material

metálico para a confecção da carroceria.

Para a fabricação de tal componente do carro, são utilizadas chapas de metal ou liga.

Na tabela a seguir, é possível concluir que o aço, em termos de elasticidade e cisalhamento,

tem um comportamento excelente em relação às outras ligas.

85

Tabela 4: Módulos de Elasticidade e de Cisalhamento e Coeficiente de Poisson para vários

metais à temperatura ambiente

Liga Metálica Módulo de Elasticidade Módulo de Cisalhamento Coeficiente de

Poisson GPa 10⁶psi GPa 10⁶psi

Aço 207 30 83 12,0 0,30

Alumínio 69 10 25 3,6 0,33

Cobre 110 16 46 6,7 0,34

Latão 97 14 37 5,4 0,34

Magnésio 45 6,5 17 2,5 0,29

Níquel 207 30 76 11,0 0,31

Titânio 107 15,5 45 6,5 0,34

Tungstênio 407 59 160 23,2 0,28

A unidade no sistema SI(Sistema Internacional) para o módulo de elasticidade é o gigapascal (GPa), onde

1GPa=10⁹N/m²=10³MPa.

Fonte: Ciência e Engenharia de Materiais – Uma Introdução, 2008.[28]

Apesar do aço não ser o melhor, é o mais fácil de ser modelado e fabricado para ser

utilizado como matéria bruta. Por isso sua utilização é tão frequente.

Atualmente, as montadoras têm utilizado chapas de aço para a confecção da

carroceria. Mas, utilizando o estudo de materiais de construção mecânica, é conhecida a

existência de vários tipos de aços com características específicas. Por isso foi necessária uma

análise da dureza e do comportamento do material em situações isoladas.

Por ser uma liga, o aço varia de composição de acordo com a quantidade de seus

componentes. Por tal motivo, é válido o estudo do diagrama de fases do aço. Sua composição

varia, mas basicamente é fundamentada no sistema ferro-carbono. Este sistema resulta nos

aços e nos ferros fundidos, principais materiais estruturais do nosso dia-a-dia. Veja a seguir o

diagrama de fases dessa liga:

86

Figura 46: O diagrama de fases ferro-carbeto de ferro.


APUD: Adaptado de Binary

Alloy Phase Diagrams, Second edition, Vol. 1, T. B. Massalski(Editor-in-Chief),1990

Veja que, em diferentes temperaturas, a liga se modifica, podendo passar a ter outras

propriedades. Outra vez, é preciso delimitar o espaço amostral para possibilitar um melhor

desenvolvimento. Por isso, foram analisadas as ligas de aço.

Para esta liga, há dois tipos de associação que o aço pode realizar: aço-liga e aço-

carbono. Os aços ligas são ligas de Ferro-Carbono contendo geralmente de 0,008% até 2,11%

de carbono, além de certos elementos residuais resultantes dos processos de fabricação. Já

Aço-liga ou Aços Ligados são os aços carbono que contém outros elementos de liga, ou

apresenta os elementos residuais em teores acima dos que são considerados normais.

87

Tabela 5: Tipos de aços e suas especificações básicas

Tipos Subtipos Quantidade de Carbono

Aço-Liga

Baixo Teor em Liga

[C] < 8%

Alto Teor em Liga [C] > 8%

Aço - Carbono

Baixo Teor de Carbono

0,03% < [C]

Médio Teor de Carbono 0,3% < [C] < 0,7%

Alto Teor de Carbono 0,7% < [C]

Fonte: Aços Estruturais, 2012.[29]

Figura 47: Formas típicas de diagramas “tensão-deformação” de alguns materiais resultantes

do sistema ferro-carbono.

Fonte: Tecnologia Mecânica – Volume I – Estrutura e Propriedades das Ligas Metálicas, 1986.[30]

É evidente que o aço, independente do nível de carbono em sua composição, é

superior ao ferro em termos de resistência a tensão.

Mesmo sendo uma liga ferro-carbono, no aço ocorre o surgimento de outros metais na

liga, como listados abaixo:

88

Tabela 6: Teores máximos de alguns elementos nos aços sem liga:

Elemento Teor máximo nos aços

sem liga

Elemento Teor máximo nos aços

sem liga

Alumínio 0,10% Níquel 0,30%

Bismuto 0,10% Nióbio 0,06%

Boro 0,0008% Chumbo 0,40%

Cromo 0,30% Selênio 0,10%

Cobalto 0,10% Silício 0,50%

Cobre 0,05% Titânio 0,05%

Manganês 1,65% Tungstênio 0,01%

Molibdênio 0,08% Vanádio 0,10%

Fonte: Apresentação “Aços”, 2013.[40]

Por questões de custos e facilidade na modelação da carroceria, é adotado aço-

carbono, sendo este mais homogêneo por não conter tantas impurezas ou elementos

constituintes. Aços-carbonos possuem baixos teores de outros elementos que não o ferro e

carbono, por isso são os mais fáceis de utilizar na automobilística, pois exige soldagem, sendo

esta prejudicada quando há a presença de vários dos elementos já citados.

Figura 48: Influência de alguns dos elementos químicos comumente encontrados nas ligas de

aço.

Fonte: Aços Estruturais,2013.[29]

Veja alguns dados dos tipos de aço-carbono:

89

Figura 49: Representações esquemáticas de valores comparativos de resiliência e tenacidade

de dois tipos de aço.

Fonte: Tecnologia Mecânica – Volume I – Estrutura e Propriedades das Ligas Metálicas, 1986.[30]

Tabela 7: Propriedades mecânicas de alguns tipos de aço

Aço Limite de Resistência

(Mpa –Mega Pascal)

Limite de Elasticidade

(MPa – Mega Pascal)

Resistência ao

Impacto(Tenacidade)

Baixo

Carbono

1050 424 324 115

1020 441

441

346

346

117

117 1025

Médio

Carbono

1030 520 344 93

1040 589 374 65

1050 748

748

427

427

27

27 1055

Alto

Carbono

1060 775 420 13

1080 1010 524 6,8

1095 1013 500 5,4

Fonte: Professor Alexus Masiukewycz, Aulas de Elementos, Dispositivos e Máquina Mecânicas, 2011.[39]

90

Para melhor comparação, veja os tipos de aços-carbono e suas características no

Anexo A, retiradas de uma das pesquisas utilizadas como fonte do trabalho.

Por serem fáceis de serem moldados e soldados, os aços de baixo carbono são os

ideais para o setor automobilístico.

Definido o material, ainda há diferentes processos que resultam em diferentes

finalidades da matéria obtida. Retirado do endereço eletrônico da empresa “MANETONI –

SOLUÇÕES EM AÇO”, há dois tios de chapas de aço de baixo carbono:

Chapa Fina a Quente (C.F.Q) | Industrial

Devido à sua composição química e propriedades mecânicas, os

produtos de aços laminados a quente são destinados para aplicação

de uso geral, estampagem, estrutural, estrutural de boa

conformabilidade, estrutural de alta resistência mecânica e à

corrosão atmosférica, tubos, relaminação entre outras.

Chapa Fina a Frio (C. F. F) | Industrial

Os produtos de aços laminados a frio (chapa fina a frio) são

encontrados nos segmentos: automotivo, construção civil, linhas

brancas e eletroeletrônicos em diversas aplicações, desde qualidade

comercial até qualidade estampagem extra profunda especial.

Como material, a carroceria seria de aço de baixo carbono fabricado em chapas finas a

frio.

6.3.1.1 Pesquisas da área

Ainda há o desafio de se aumentar e programar ainda mais as qualidades do aço

utilizado na fabricação da carroceria. Veja o resumo de uma pesquisa realizada justamente

estudando a fundo este impasse. Retirada de “AÇOS AVANÇADOS DE ALTA

RESISTÊNCIA: MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES MECÂNICAS” de Antônio

Augusto Gorni (2009).

91

“As chapas feitas com os chamados aços avançados de alta

resistência (A.H.S.S., Advanced High Strength Steels) vêm sendo

desenvolvidas há mais de quarenta anos. Eles são uma das principais

respostas da siderurgia mundial aos desafios impostos por seus

clientes em sua busca por maior competitividade e atendimento às

restrições ao consumo de energia e preservação do meio ambiente. O

caso da indústria automobilística é emblemático, já que ela precisa

reduzir cada vez mais o peso de seus produtos para minimizar seu

consumo de combustível, diminuindo assim o custo e a agressão

ecológica associados a seu uso. Chapas mais finas de aço com maior

resistência mecânica permitem reduzir significativamente o peso de

peças feitas com aços convencionais sem perda de suas

características originais. Contudo, no caso de aços com

microestrutura ferrítica ou ferrítica-perlítica, um aumento na

resistência mecânica fatalmente leva à redução na conformabilidade

do material, o que afeta a liberdade de design das peças a serem

produzidas. A solução para esse impasse foi a aplicação de efeitos

microestruturas complexos para conciliar, tanto quanto possível,

essas duas características mecânicas aparentemente contraditórias.

Este trabalho apresenta uma revisão sobre as microestruturas dos

aços e sua relação com as propriedades mecânicas, com ênfase nos

novos aços avançados de alta resistência que estão sendo

desenvolvidos: bifásicos, TRIP, de fases complexas, martensíticos e

parcialmente martensíticos, TWIP e com tamanho de grão ultrafino.”

92

De acordo com outra pesquisa, PANNONI (1989), os aços microligados são utilizados

para:

“Os aços microligados, de alta resistência mecânica, são de

grande utilidade toda vez que se deseja:

1. Aumentar a resistência mecânica, permitindo um acréscimo da

carga unitária da estrutura ou tornando possível uma diminuição

proporcional da seção, ou seja, o emprego de seções mais leves;

2. Melhorar a resistência à corrosão atmosférica. Este é um fator

importante a

considerar, porque a utilização de seções mais finas pode significar

vida mais curta

da estrutura, a não ser que a redução da seção seja acompanhada por

um aumento

correspondente da resistência à corrosão do material;

3. Melhorar a resistência ao choque e o limite de fadiga;

4. Elevar a relação do limite de escoamento para o limite de

resistência à tração, sem

perda apreciável da ductilidade.”

93

Figura 50: Dimensões do Smart Roadster Coupé.

Fonte: Network Studio, 2010[49]

94

6.3.2 Cálculo do Peso da Carroceria

É possível dimensionar o peso da carroceria utilizando uma aproximação das medidas

do carro.

Uma chapa de aço laminado a frio, utilizada em carroceria, possui aproximadamente

um milímetro de espessura. Levando em consideração as medidas pesquisadas e os tipos de

aço, é possível realizar o cálculo da massa.

Tabela 8: Especificações de chapas de aço laminadas a frio.

Bitola – GSC Espessura (mm) Peso (Kg/m²)

30 0,30 2,40

28 0,38 3,04

26 0,45 3,60

24 0,60 4,80

22 0,75 6,00

20 0,90 7,20

19 1,06 8,48

18 1,20 9,60

16 1,50 12,00

14 1,90 15,20

13 2,25 18,00

12 2,65 21,20

Fonte: Ferraço Indústria e Comércio Ltda., 2013.[27]

Aplainando a carroceria do carro e formatando tudo em uma única chapa de aço, veja

que o comprimento da chapa seria o comprimento do carro, 2500mm, e a largura seria a soma

da largura do carro mais duas vezes a altura, pois temos de considerar que a mesma chapa

será deformada para fazer as laterais. Isso resulta em 4,613mm.

Sabendo da espessura aproximada de 1mm, utilizaremos a de maior massa para

obtermos uma margem segura de projeção na conta de massa que influenciará nos cálculos de

95

esforços internos e externos do automóvel. Logo, adotamos a bitola 19, de 1,06mm de

espessura e massa específica de 8480Kg/m³.

Massa Total = Largura x Comprimento x Espessura x Massa específica

Eq.(6.13)

Massa Total = 3,999 x 3,427 x 0,001 x 8480

Massa total = 116,21Kg

Logo, a carroceria pesaria cerca de 116,21Kg.

6.4 AERODINÂMICA

Através dos dados do fabricante, o Smart Roadster tem as seguintes características:

Para determinar a força e potência necessárias para o carro vencer a resistência do ar a

uma velocidade de 100km/h foi utilizada a equação a seguir:

Eq.(6.14)

Onde:

é a densidade do ar (Kg/m³)

é a velocidade do carro em relação ao ar (m/s)

96

é chamado de pressão dinâmica. Esta é a pressão ocasionada pelas linhas de

fluxo de ar decorrentes do movimento contrário do carro em relação ao ar.

Considerando a densidade do ar ao nível do mar e a 20°C (1,2041Kg/m³)

A potência necessária para que o carro vença a resistência do ar é dada pela

multiplicação da força pela velocidade do carro. Logo:

Eq.(6.15)

Analisando o coeficiente, conclui-se que o projeto não possui uma maior eficiência em

aerodinâmica pois preserva o formato ideal para maior compactidade, necessário por questão

de segurança e design do carro. A linha vermelha tracejada no esquema abaixo representa a

faixa em que o projeto se encontra. Quanto menor, melhor a fluidez do ar.

Figura 51: Posição do protótipo em contraste a outros modelos de carroceria.

Fonte: Análise Quali-Quantitativa do Deslocamento da camada limite em Carrocerias Veiculares,2008.[43]

97

6.5 MASSA DOS OCUPANTES

Para dimensionar o peso dos dois ocupantes do carro, devemos adotar um parâmetro

em que o carro irá atuar. Neste caso, o carro acomodará até a faixa de sobrepeso, ou seja,

pessoas com IMC (Índice de Massa Corporal) até 29,9, ou seja, 84,2% da população,

aproximadamente, poderá utilizar o carro. No Apêndice A há maiores explicações sobre as

faixas de IMC; no Anexo E encontram-se os dados divulgados pelo último estudo

antropométrico do IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística) em 2009; e no Anexo

F aponta o percentual da população que é identificada na faixa do sobrepeso, de acordo com a

Revista Veja (2012).

IMC = MASSA / (ALTURA)²

Adotamos a maior massa da média e a maior altura, para gerar o menor índice

possível. Com uma simples regra de três, adequamos a massa com o IMC de 30.

IMC = 74,6 [kg]/ (1,73[m])²

IMC = 24,926

Para um IMC de 30:

IMC Peso[kg]

24,926 74,6

30 X

Utilizando regra de três:

X = (30 . 74,6) / 24,926 = 89,79 kg

Logo, o ocupante terá no máximo 89,79Kg.

98

6.6 COMPORTAMENTO DO CARRO – ESFORÇOS EXTERNOS

Nesta seção serão abordados os esforços criados pela pista que o veículo estará

percorrendo, utilizando-se do peso teórico total do veículo para a base dos cálculos.

6.6.1 Cálculo do Peso em Ordem de Marcha

Peso em ordem de marcha é o peso de um veículo com todos os seus componentes e

fluidos que o deixem em plenas condições de operar, ou seja, equipamentos, acessórios,

tanque de combustível cheio, cárter completo, água no nível máximo nos sistemas de

arrefecimento e de lavagem de vidros. Neste peso não estarão incluídos cargas, motorista e

passageiros.

A tabela do valor do peso aproximado dos componentes do veículo e o total encontra-

se no Apêndice B. O peso em ordem de marcha é de 1275,11 quilogramas.

6.6.2 Cálculo do Diferencial

Considerando-se que o veículo terá velocidade máxima de 120km/h, adotaremos um

pneu com desenho tipo 175/65R14, isto é, 175mm de largura, ombro de 65% da largura e roda

de 14”, desta forma temos diâmetro total do conjunto (roda mais pneu):

Eq.(6.16)

Onde:

é largura da banda de rodagem (mm)

é relação altura/largura (%)

é diâmetro da roda em polegadas

é diâmetro do conjunto roda mais pneu

99

Esses pneus a 120km/h (33,33m/s) terão a velocidade angular ( de:

Eq.(6.17)

Para 120 km/h o motor deverá estar girando a 3600rpm (dois polos com a frequência

industrial/padrão de 60 Hz), ou seja, 377rad/s. Logo:

Eq.(6.18)

Onde:

é a velocidade angular do eixo do motor (rad/s)

é a velocidade angular da roda (rad/s)

é a relação do diferencial

6.6.3 Cálculo do Comportamento do Veículo

Fazendo referência ao artigo SILVEIRA (2007) destacamos a conclusão do trabalho:

As inclinações máximas de ruas e estradas são bem menores do

que aquelas imaginadas pela grande maioria dos nossos alunos

(Faculdade de Física da Universidade Federal do Rio Grande do

Sul). Inclinações em relação à horizontal superiores a 5º

excepcionalmente são encontradas em rodovias. Ruas com

inclinações próximas de 15º costumam ser raras e normalmente estão

interditadas para a subida de caminhões. O limite teórico para a

inclinação da rampa que um automóvel com tração em duas rodas

pode galgar situa-se abaixo de 30º com pista seca e abaixo de 20º

com pista molhada.

100

Adotaremos, portanto, a rampa máxima de 30º, a qual pode ser encontrada em acessos

de garagens, na qual o veículo, com o conjunto de potência dimensionado, deverá ser capaz

de vencer a imobilidade. Calculando e traçando o diagrama de corpo-livre do carro:

6.6.3.1 Situação 1: Subida com 30º de Inclinação

Baseado na fórmula já apresentada:

Eq.(6.19)

28,86 km/h = 8,01 m/s

101

6.6.3.2 Situação 2: Descida com 30º de Inclinação

Sabendo que a inclinação é a mesma que a subida, pelo fato do carro estar com o peso

atuando a favor do sentido de movimento do veículo, o freio começa atuar como um artifício

de controle sobre tal situação.

Diagrama do corpo livre

As forças se mantêm em termos de valor, mas mudam de sentido e direção. Neste caso

a projeção da força peso que agiria contra o sentido de movimento do carro atua concordante

ao último, forçando o uso dos freios para controlar a velocidade do carro.

Em cada roda, é adotado um determinado tipo de freio que atuará neste controle. Entre

os mais comuns estão o freio a disco e o freio a tambor. Assim como na grande maioria dos

102

carros no mercado, o sistema de freios que adotaremos será o de tambor nas rodas traseiras e

o a disco nas dianteiras. Isso ocorre, pois em termos de eficiência, o freio a tambor é superior

ao outro, mas na dissipação de calor, mais frequente em altas velocidades, o freio a disco tem

um desempenho superior (menos fadiga).

Na frente do carro, ao acionar o sistema de freios, todo o momento gerado pela

frenagem será quase que totalmente nas rodas dianteiras. Isso gera calor, sendo necessário o

uso do freio a disco. Já na traseira não, conforme a ilustração:

Figura 52: Exemplo de transferência dinâmica de carga

Fonte:Apostila de Freios, 2012[42]

6.6.3.3 Situação 3: Inclinação Máxima com Alto Desempenho

Verificando a máxima inclinação com uma velocidade de 120km/h

Eq.(6.20)

103

Sendo assim o protótipo é capaz de atingir sua velocidade máxima em trechos com

inclinação máxima de 12%. A título de exemplo a rodovia dos imigrantes possui a inclinação

máxima de 6% em seu trecho

6.7 SUSPENSÃO

6.7.1 Parte Dianteira

Foi adotado o sistema de suspensão trapézio articulado na parte dianteira, pois

apresenta melhor desempenho para carros de pequeno porte. Por ter essa configuração, o

trapézio articulado dará maior estabilidade nas curvas, e absorverá melhor as oscilações, pelo

fato de parte do trapézio ser móvel, as oscilações ocorridas em uma roda interferiram o

mínimo possível na outra.

Figura 53: Modelo de suspensão trapézio articulado.

.


104

6.7.2 Parte Traseira

Para a parte traseira optou-se pela suspensão de semi eixo flutuante, que assim como

na parte dianteira, proporciona um movimento parcialmente livre nas rodas. Dessa forma as

oscilações não passarão para os ocupantes e o veículo também terá maior estabilidade na

rodagem na parte traseira.

6.8 AMORTECEDOR

Os cálculos serão feitos para um amortecedor telescópico.

O conjunto suporta o peso do carro com exceção das suspensões. Portanto a carga que

o conjunto irá suporta é 939,11Kg, essa carga irá ser distribuída em quatro conjuntos de

amortecedores com molas.

Então o peso suportado por cada conjunto é:

P =

P = 234,78Kg

Esse peso será suportado essencialmente pelas molas, os amortecedores irão atuar em

casos como frenagem e aceleração, que há um aumento na força inserida. Ainda no mesmo

sistema, há a presença da chamada força normal, força resposta da força peso atuante em uma

superfície, só que atua em sentido contrário a segunda. Neste caso, ela terá a mesma

intensidade que a peso, só que. Por atuar em sentido contrário, ambas, em ação conjunta,

comprimem o amortecedor, com a força de só uma.

Pelo princípio da Segunda Lei de Newton:

Eq.(6.21)

105

Onde:

F é força em Newton (N)

M é massa (Kg)

A é aceleração (m/s²)

Atuando no caso crítico que seria de 100km/h, ou 27,78m/s

Em uma freada brusca, como de 100 a 0km/h, temos:

Mt é massa total do carro (Kg)

No entanto essa força de reação de frenagem é por atrito com a pista.

Fa é força de atrito (N)

F é força cinética (N)

A força de atrito irá parar o conjunto todo, mas o que irá parar efetivamente é a parte

da suspensão e rodas, o conjunto acima irá continuar a se mover com uma força de:

Em que:

Ms é a massa da suspensão, rodas e chassi (kg)

106

Mas o carro ao parar faz um torque, que a suspensão dianteira é comprimida e a

traseira é tracionada.

Essa torção provoca uma angulação no eixo longitudinal do carro.

A angulação adotada para fins de cálculos foi de aproximadamente de 6,8°.

Assim a força é decomposta no eixo longitudinal e no vertical. Em que no eixo vertical

na parte dianteira a força é para baixo e na traseira é para cima. Sendo assim o cálculo da

força vertical é:

fv é força vertical (N)

Assim a força de compressão na parte dianteira é de 3088,98N e a mesma força na

tração traseira.

Essa força é distribuída nos amortecedores dianteiros e nos amortecedores traseiros,

assim a força atuante em cada amortecedor é:

O pistão é feito com uma pressão interna para suportar o peso do veículo, pressão que

iremos calcular, tendo em mente que o pistão deve ter 8cm de diâmetro. Foi utilizado o

107

principio de Pascal relacionado à pressão, onde pressão é a razão entre a força atuante e a área

de atuação:

Onde:

P é a pressão em Pascal (Pa)

F é a força (N)

A é a área (m2)

A área é calculada pela formula da área da circunferência.

Eq.(6.22)

Onde:

D é diâmetro (m)

Substituindo na formula da pressão.

O amortecedor deve ter uma resistência a essa força, mas deve ter uma mobilidade e

deve ter uma aceleração de parada e retorno para não ser muito brusco.

108

6.9 AUTONOMIA E EMISSÃO DE POLUENTES

Utilizando-se de dados obtidos anteriormente, é possível estimar a autonomia do

veículo.

Inicialmente foi considerado o carro se movendo apenas com as baterias em um

terreno plano com uma velocidade constante de 30km/h (aproximadamente a média em

grandes cidades) e coeficiente de atrito de rolamento de 0,015, que seria próximo a situação

real.

Cálculo da potência necessária para manter o veículo a 30km/h:

Eq.(6.33)

Onde:

Fat é força de atrito com o solo (N)

Fd é força de atrito aerodinâmico (N)

v é velocidade (m/s)

P é a potência necessária (W)

Cálculo do tempo de operação sob a condição anterior:

Eq.(6.44)

109

Sendo assim, o projeto pode funcionar durante aproximadamente 9 horas e 51 minutos

nessas condições. Como o motor a combustão também pode fornecer energia diretamente para

o motor elétrico, o tempo total de funcionamento do veículo é maior.

Visando então estimar o tempo de funcionamento total do veículo, foi calculado o

tempo de funcionamento do motor a combustão, baseado em geradores elétricos com

características semelhantes ao projeto.

Considerando-se que o motor gera 28.274,33 W de potência a 3000 rpm, um gerador

com características semelhantes consome cerca de 8L de combustível por hora de operação.

Utilizando-se do valor do volume do tanque de combustível do projeto, é possível estimar o

tempo de funcionamento do motor a combustão.

Assim temos:

Eq.(6.45)

Onde:

T é o tamanho do tanque (L)

C é o consumo (L/h)

Somando-se o tempo de funcionamento do motor a combustão mais o tempo de

funcionamento das baterias, temos que o projeto é capaz de operar durante aproximadamente

15 horas sob essas condições.

Carros normais liberam cerca de 30 Kg de gás carbônico na queima de combustível

para percorrer 100 Km. O motor utilizado emite apenas 90 g do gás ao percorrer a mesma

distância. No entanto, este valor considera um funcionamento contínuo do motor, algo que

não ocorre no projeto, justamente devido ao seu funcionamento híbrido. Sendo assim este

valor se torna ainda menor.

110

PERFIL DO PROJETO

________________________________________________________

111

7 PERFIL DO PROJETO

7.1 CARACTERÍSTICAS FINAIS DO CARRO

Figura 54: Dimensões do Smart Roadster Coupé.( Com alterações realizadas pelos autores)

Fonte: Network Studio, 2010[49]

Tabela 9: Especificações técnicas do Projeto.

Motorização Híbrido (128,78 cv / 95Kw)

Motor a Diesel

Modelo OM 660

Peso 65 Kg

Potência 39,72 kW (54cv)

Número de Cilindros 3

Torque Máximo 100 N.m

1615 473 2360 594 1656

3427

112

Conjunto de Baterias e Motor Elétrico Síncrono

Tipo íon-lítio NMC

Potência 55kW (74,78cv)

Capacidade das Baterias 17,6 kWh

Máxima corrente 20,77ª

Performance

Velocidade máxima(km/h) 120km/h (estimativa)

Aceleração 0-100km/h 10,037s (estimativa)

Autonomia média (horas) 10 horas (modo elétrico)

Suspensão

Suspensão Dianteira Trapézio Articulado

Suspensão Traseira Semi eixo Flutuante

Pneus

Tipo 175/65R14

Capacidade de Carga

Capacidade de bagageira (l)

Número de Lugares 2

Dimensões e Pesos

Comprimento exterior(mm) 3427

Largura exterior (mm) 1656

Altura exterior(mm) 1192

Distância entre eixos (mm) 2360

Peso (Kg) 1275,11

Capacidade do tanque 40

de combustível(l)

113

Segurança

Número de Air Bags 5

Tipos de freios

Freios traseiros Tambor

Freios dianteiros Disco

Fonte: Elaborado pelos autores, 2013

7.2 COMPARATIVOS

Com o perfil do carro já determinado e utilizando os carros citados anteriormente, foi

traçado comparativos que determinam o quanto o carro é eficiente.

Figura 55: Comparativo de peso dos carros selecionados.


Servindo também como parâmetro, um carro popular 1.0, em média, possui massa

igual a 900 quilogramas. Veja que o Projeto ultrapassa em quase 400 quilogramas. Mas,

utilizando o carro popular mais vendido no mercado, o Volkswagen Gol 1.0, sua potência

114

máxima é de 76 cavalos, ou seja, 55,90 quilowatt. O projeto se equipara aos carros de controle

e supera os carros 1.0, tendo este uma média de 63 quilowatts de potência, em média.

Figura 56: Comparativo de potência dos carros selecionados.


Figura 57: Comparativo da capacidade das baterias dos carros selecionados.


115

DISCUSSÃO E CONCLUSÃO

_____________________________________________________

116

8 DISCUSSÃO E CONCLUSÃO

O projeto apresentado é um modelo teórico de um veículo que atende às necessidades

do dia-a-dia de uma pessoa, é uma inovação no mercado de carros ecológicos, se utilizando de

tecnologias já existentes sendo assim viável de produção. Sendo um híbrido em série, o

protótipo pode funcionar como um carro totalmente elétrico sem estar sujeito às suas

limitações como baixa autonomia e longo tempo de recarga, se utilizando de instalações já

existentes para carros com motor a combustão.

Levando em conta o mercado brasileiro, o protótipo poderia se destacar sendo um

veículo de transição para o mercado dos elétricos justamente por não depender de postos de

recarga, no entanto ainda dependeria de apoios governamentais para se destacar no mercado.

O que separa o projeto dos carros híbridos já existentes é justamente sua

compacticidade, baseada principalmente no Smart. Sua arquitetura do tipo em série não é

muito comum no mercado, mas não apresenta desvantagens em comparação com os tipos

mistos e paralelo. Como os gráficos demonstram, o projeto tem sua capacidade elétrica

semelhante aos modelos comparados e sua potência total chega até a apresentar uma ligeira

vantagem comparando com carros de mesmo porte.

O projeto não emite muitos poluentes por dois motivos, um é por usar um motor

pequeno e econômico, outro é o fato de esse motor funcionar quando as baterias estão

descarregadas, logo a quantidade de 90 g de gás carbônico emitido ao percorrer 100 Km que

foi pesquisada é diminuída drasticamente nas condições de funcionamento do projeto

aumentando seu potencial ecológico.

No entanto o grupo não possui meios de testar a autonomia, potência e capacidade na

pratica, sendo assim, os valores estimados neste trabalho, em relação ao projeto, são

puramente teóricos. Não é viável e nem proposto pelo trabalho um estudo com maiores

detalhes e um aprofundamento no assunto.

117

SUGESTÕES

118

SUGESTÕES

Além do projeto do veículo, expandindo o conceito de ecológico, foram levantadas

possíveis sugestões que podem contribuir para aumentar a eficácia de redução de poluição e

impactos no meio ambiente ou até contribuir para o ramo da pesquisa.

9.1 PAINEL SOLAR

A instalação de painéis solares fotovoltaicos no teto do carro para melhorar a

autonomia, e aliviar a necessidade de parada para recarregar a bateria ou ligar o motor a

combustão.

9.2 FREIOS REGENERATIVOS

O uso do freio regenerativo melhora a autonomia, pois transforma a energia cinética

em energia elétrica quando o veículo freia, é usado em trens para aproveitar melhor a energia

dissipada.

9.3 REDES DE RECARGA DE BATERIAS

Essas redes de recarga são para que o condutor do veículo não precise se preocupar

quando começar a ficar no limite da bateria, podendo recarregar em qualquer ponto de recarga

próximo a sua localização.

119

9.4 UTILIZAÇÃO DE ALUMÍNIO

É crescente a utilização do alumínio na indústria automotiva. Honda Motors, Ford

Motors, General Motors, Toyota, entre outras, tem apresentado resultados positivos quanto a

adoção de tal metal como matéria prima de cárter, cabeçote e bloco.

Dentre alguns benefícios, se encontram a redução do peso, ruídos, emissão de gás

carbônico e, consequentemente, ganho de potência, autonomia e torque. Cerca de 90% do

alumínio contido nos veículos fora de uso é reciclado, mais de 55% do alumínio usado na

fabricação de automóveis é proveniente da reciclagem do metal e o alumínio absorve duas

vezes mais a energia de impacto em uma colisão e oferece o dobro da resistência quando

comparado ao aço. Essas são algumas das vantagens do uso de tal material, contudo ainda há

necessidade de pesquisas e uma sistematização quanto à sua adoção.

120

REFERÊNCIAS

121

REFERÊNCIAS

[1] LANDI, Francisco R. . O Volkswagen, reparação e manutenção. 2ª edição. São Paulo:

CIDADY EDITORA LTDA, Junho/1963.

[2] FONSECA, Ricardo Lopes da. Tire dúvidas sobre os tipos de carrocerias dos carros.

Portal Globo G1, 2008.

Disponível em: <http://g1.globo.com/Noticias/Carros/0,,MUL717438-9658,00-

TIRE+DUVIDAS+SOBRE+OS+TIPOS+DE+CARROCERIAS+DOS+CARROS.html>.

Acesso em: 02.03.2013

[3]Veículos Eléctricos (VE's). Portal Storag&future, 2011.

Disponível em: <http://storagefuture.webnode.pt/veiculos-electricos-ves-/ves-arquitecturas/>.

Acesso em: 09.03.2013

[4]BRAIN, Marshall. Como funcionam os carros elétricos. Portal Como tudo funciona, 2013.

Disponível em: <http://carros.hsw.uol.com.br/carros-eletricos.htm>.

Acesso em: 16.03.2013

[5]Honda Motor Company. Honda Worldwide, 2013.

Disponível em: <http://world.honda.com/HybridWorld/index.html>.

Acesso em: 02.03.2013

http://g1.globo.com/Noticias/Carros/0,,MUL717438-9658,00-TIRE+DUVIDAS+SOBRE+OS+TIPOS+DE+CARROCERIAS+DOS+CARROS.html

http://g1.globo.com/Noticias/Carros/0,,MUL717438-9658,00-TIRE+DUVIDAS+SOBRE+OS+TIPOS+DE+CARROCERIAS+DOS+CARROS.html

http://carros.hsw.uol.com.br/carros-eletricos.htm

http://world.honda.com/HybridWorld/index.html

122

[6]Toyota Motors Sale, U.S.A.. New Toyota Hybrid Hybrid, 2013.

Disponível em: <http://www.toyota.com/hybrid/>.

Acesso em: 02.03.2013

[7]Mitsubishi Motors North America. 2012 i-MiEV Eletric Car, 2012.

Disponível em: <http://www.mitsubishicars.com/MMNA/jsp/imiev>.

Acesso em:02.03.2013

[8]Ford Motor Company. Ford New Cars, 2013.

Disponível em: <http://www.ford.com/>.

Acesso em: 02.03.2013

[9]Renault S.A.. Renault Zero Emission. 2013

Disponível em: <http://www.renault-ze.com/>.

Acesso em: 02.03.2013

[10]Nissan Shift U.S.A.. Nissan LEAF@ Eletric Car, 2013.

Disponível em: <http://www.nissanusa.com/electric-cars/leaf/>.

Acesso em: 02.03.2013

http://www.toyota.com/hybrid/

http://www.mitsubishicars.com/MMNA/jsp/imiev/12/showroom/overview.do

http://www.ford.com/

http://www.renault-ze.com/

http://www.nissanusa.com/electric-cars/leaf/

123

[11]HAYDEÉ, Lygia. Os carros híbridos disponíveis no mercado brasileiro. 05/02/2013.

Disponível em: <http://info.abril.com.br/noticias/bitnocarro/os-carros-hibridos-disponiveis-

no-mercado-brasileiro.shtml>.

Acesso em: 03.03.2013

[12]Toyota Caetano Portugal. Carro Híbrido. Toyota Prius. 2013.

Disponível em: <http://www.toyota.pt/cars/new_cars/prius/index.tmex>.

Acesso em: 16.03.2013

[13]Mercedes-Benz U.S.A.. Unplug, Uncar. 2013.

Disponível em: <http://www.smartusa.com/models/electric-drive/ >.

Acesso em: 16.03.2013

[14]HARLEY, Michael. Driven: 2009 Tesla Roadster v1.5. 21/10/2008.

Disponível em: <http://www.autoblog.com/2008/10/21/driven-2009-tesla-roadster-v1-5/>.

Acesso em: 16.03.2013

[15]TAVARES, Nicholas. GEELY E DONGFENG QUEREM COMPRAR FISKER. Car and

Driver, 19/02/2013.

Disponível em: <http://caranddriverbrasil.uol.com.br/noticias/fabricantes/geely-e-dongfeng-

querem-comprar-fisker/4328>.

Acesso em: 16.03.2013

http://info.abril.com.br/noticias/bitnocarro/os-carros-hibridos-disponiveis-no-mercado-brasileiro.shtml

http://info.abril.com.br/noticias/bitnocarro/os-carros-hibridos-disponiveis-no-mercado-brasileiro.shtml

http://www.toyota.pt/cars/new_cars/prius/index.tmex

http://www.autoblog.com/2008/10/21/driven-2009-tesla-roadster-v1-5/

http://caranddriverbrasil.uol.com.br/noticias/fabricantes/geely-e-dongfeng-querem-comprar-fisker/4328

http://caranddriverbrasil.uol.com.br/noticias/fabricantes/geely-e-dongfeng-querem-comprar-fisker/4328

124

[16]SEGNINI, André Petrilli, FERNANDES, Érico França Quadra; AMORIM, Juliana de. A

aceitação de carros elétricos ou híbridos por alunos da UNICAMP. Revista Ciências do

Ambiente On-Line, São Paulo, Volume 6, Número 1, Junho/2010.

Disponível em: < sistemas.ib.unicamp.br/be310/index.php/be310/issue/view/>.

Acesso em: 09.03.2013

[17]HEFFNER, Reid R.; KURANI, Kenneth S.; TURRENTINE, Thomas S.. Effects of

Vehicle Image in Gasoline-Hybrid Electric Vehicles. Institute of Transportation Studies,

University of California, California, 2005.

Disponível em:< pubs.its.ucdavis.edu/download_pdf.php?id=50> .


[18]BOVA, Nicholas; MARRS, Zachariah; GOODWIN, Justin; OLIVA; Andrew.

Environmental and Social Issues Concerned with Hybrid Cars. Worcester Polytechnic

Institute, Hybrid Vehicles, 2009/2010.

Disponível em: < http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-032510-

132039/unrestricted/Environmental_and_Social_Issues_Concerned_with_Hybrid_Cars.pdf>.

Acesso em: 10.03.2013

[19]BELIVEAU, Michael; REHBERGER, James; ROWELL, Jonathan; XARRAS, Alyssa. A

Study on Hybrid Cars: Environmental Effects and Consumer Habits. Worcester Polytechnic

Institute, 2010.

Disponível em: < http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042810-

194328/unrestricted/Hybrid_Cars_IQP.pdf>.

Acesso em: 10.03.2013

http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-032510-132039/unrestricted/Environmental_and_Social_Issues_Concerned

http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-032510-132039/unrestricted/Environmental_and_Social_Issues_Concerned

http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042810-194328/unrestricted/Hybrid_Cars_IQP.pdf

http://www.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-042810-194328/unrestricted/Hybrid_Cars_IQP.pdf

125

[20]MOREIRA, José Roberto; COELHO, Suani Teixeira; VELÁZQUEZ, Sílvia M. S. G.;

APOLINÁRIO, Sandra Maria; MELO, Euler Hoffmann; ELMADJIAN, Paulo Henrique B..

Veículos Elétricos Híbridos e a Emissão de Poluente. Universidade de São Paulo-

IEE/CENBIO, Universidade Presbiteriana Mackenzie, 2009.

Disponível em:< http://cenbio.iee.usp.br/download/publicacoes/simea2009.pdf>.


[21] APOLINÁRIO, João Filipe Gonçalves. Analise do desempenho do automóvel hibrido

face ao de combustão interna. Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre

em Engenharia Mecânica. Instituto Superior de Engenharia de Lisboa, Portugal,2012.

Disponível

em:<http://repositorio.ipl.pt/bitstream/10400.21/2105/1/disserta%C3%A7%C3%A3o.pdf>.


[22]CHUA, Wan Ying; LEE, Alvin; SADEQUE, Saalem. Why Do People Buy Hybrid Cars?.

The University of Western Australia. Australia,2010.

Disponível em: <http://dro.deakin.edu.au/view/DU:30036231>.

Acesso em: 10.03.2013

[23]BERESTEANU, Arie; LI, Shanjun. Gasoline Prices, Government Support, and the

Demand for Hybrid Vehicles in the U.S.. University of Duke.Nova Yorque, 2008.

Disponível em: <http://dukespace.lib.duke.edu/dspace/bitstream/handle/10161/2023/Be

resteanu/gasoline/prices/government%2520/support.pdf%3Fsequence%3D1>

Acesso em: 10.03.2013

http://cenbio.iee.usp.br/download/publicacoes/simea2009.pdf

126

[24] Mercedes-Benz UK. Smart Dimensions

Disponível em:< http://www.smart.com/is-bin/intershop.static/WFS/mpc-uk-Site/-

/Editions/Root%20Edition/units/mpc-

uk/default/Media/UK_images_05/fortwo_coupe/dimensions/fortwocoupe_dimensions.jpg>

Acesso em: 08.03.2013

[25]GRABIANOWSKI, Ed. Como funciona o carro Smart , HowStuffWorks, 2013.

Disponível em: <http://carros.hsw.uol.com.br/carro-smart.htm>

Acesso em: 07.04.2013

[26]MOTOMURA, Marina. Tecnologia – Como se fabrica um carro?. Mundo Estranho, 2013.

Disponível em: <http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-se-fabrica-um-carro>

Acesso em: 04.05.2013

[27] Ferraço Indústria e Comercio Ltda. Chapas de Aço, 2013.

Disponível em: <http://www.ferracocomercial.com.br/chapas-de-a%C3%A7o>

Acesso em: 04.05.2013

[28] CALLISTER, Jr., William D. Ciência e engenharia de materiais: uma introdução. 7ª

edição. Rio de Janeiro: LTC, 2008.

[29] PANNONI, Fabio Domingos. Aços Estruturais, 2013. Gerdau

Disponível em: .gerdau.com.br arquivos-tecnicos 12.brasil.es-ES.force.axd >

Acesso em: 05.04.2013

http://carros.hsw.uol.com.br/carro-smart.htm

http://mundoestranho.abril.com.br/materia/como-se-fabrica-um-carro

http://www.ferracocomercial.com.br/chapas-de-a%C3%A7o

127

[30] CHIAVERINI, Vicente. Tecnologia Mecânica: Estruturas e Propriedades da Ligas

Mecânicas – Volume I. 2ª edição. São Paulo: Editora McGraw-Hill Ltda., 1986.

[31] GORNI, Antônio Augusto. Aços avançados de alta resistência: microestrutura e

propriedades mecânicas, Revista Corte & Conformação de Metais, não consta local, pg. 26-

57, dez. 2008.

Disponível em: < http://www.gorni.eng.br/Gorni_CCM_Dez2008.pdf>

Acesso em: 05.04.2013

[32] Manetoni – Distribuidora de Cimento, Cal e Produtos Siderúrgicos Ltda, Chapa Fina,

2009.

Disponível em:< http://www.manetoni.com.br/chapa-fina.htm>

Acesso em: 05.04.2013

[32]DENATRAN. Uso do Air Bag frontal. São Paulo, 2013.

Disponível em: <http://www.denatran.gov.br/>

Acesso em: 15.05.2013

[33] Hyundai Motor. i30 Gallery, 2013.

Disponível em:< http://www.hyundai-motor.com.br/galeria.php?id=45>

Acesso em: 18.05.2013

[34] Nissan March 2013 Galeria, 2013.

Disponível em: <http://www.nissan.com.br/?gclid=CIHo-97HkbcCFS4aOgodLkkAgw

#carros%2Fmarch%2Fgaleria-de-fotos>

Acesso em: 18.05.2013

http://www.gorni.eng.br/Gorni_CCM_Dez2008.pdf

http://www.manetoni.com.br/chapa-fina.htm

http://www.denatran.gov.br/

http://www.hyundai-motor.com.br/galeria.php?id=45

http://www.nissan.com.br/?gclid=CIHo-%0997HkbcCFS4aOgodLkkAgw#carros%2Fmarch%2Fgaleria-de-fotos

http://www.nissan.com.br/?gclid=CIHo-%0997HkbcCFS4aOgodLkkAgw#carros%2Fmarch%2Fgaleria-de-fotos

128

[35] HARRIS, William. Como funciona a suspensão do carro?. Howstuffworks, Brasil, 2013.

Disponível em: <http://carros.hsw.uol.com.br/suspensoes-dos-carros.htm>

Acesso em: 16.05.2013

[36] MORENO, Ricardo C.. VectraClube: O site oficial do Chevrolet Vectra, São Paulo,

2006.

Disponível em: <http://www.vectraclube.com.br/forum/viewtopic.php?f=4&t=37403>

Acesso em: 16.05.2013

[37] SISTEMA DE SUSPENSÃO E DIREÇÃO. SENAI(Serviço Nacional de Aprendizagem

Industrial). São Paulo, 2012. Vídeo online, YouTube.

Disponível em: <http://www.youtube.com/watch?v=20i9ZYy4_6A>

Acesso em: 28.04.2013

[38]LIM, Jefferson. Airbags compulsory for all vehicles from 2012. Otoreview Blogspot,

Bernama, 2011.

Disponível em: <http://otoreview.blogspot.com.br/2011/01/airbags-compulsory-for-all-

vehicles.html>

Acesso em: 15.05.2013

[39] Professor Alexus Masiukewycz, Aulas de Elementos, Dispositivos e Máquina

Mecânicas, 2011.

http://carros.hsw.uol.com.br/suspensoes-dos-carros.htm

http://www.vectraclube.com.br/forum/viewtopic.php?f=4&t=37403

http://www.youtube.com/watch?v=20i9ZYy4_6A

http://otoreview.blogspot.com.br/2011/01/airbags-compulsory-for-all-vehicles.html

http://otoreview.blogspot.com.br/2011/01/airbags-compulsory-for-all-vehicles.html

129

[40] COSTA, Eleani Maria da. Aços, Rio Grande do Sul, 2013.

Disponível em:< http://www.feng.pucrs.br/~eleani/Protegidos/classificacaoacos.ppt>

Acesso: 05.04.2013

[41] COSTA, Paulo G. A bíblia do carro, 2001-2002.

Disponível em:< http://www.salverainha.com.br/downloads/Mecanica.pdf>

Acesso: 05.04.2013

[42] Ebah – Apostila de Freios, 2012

Disponível em:<http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAzwEAC/apostila-freios?part=2>

Acesso:07.05.2013

[43] MENDES, José Ubiragi de Lima. Análise Quali-Quantitativa do Deslocamento da

camada limite em Carrocerias Veiculares, Rio Grande do Norte, 2008.

Disponível em:< ftp://ftp.ufrn.br/pub/biblioteca/ext/bdtd/ElmoTLCF.pdf>

Acesso: 14.05.2013

[44] Wired - July 10, 1962: Swedes Set to Belt Us All ... Safely, 2008

Disponível em: <http://www.wired.com/science/discoveries/news/2008/07dayintech _0710>

Acesso em: 28.04.2013

[45] The Truth About Cars - An Illustrated History Of Automotive Aerodynamics, 2010

Disponível em:< http://www.thetruthaboutcars.com/2010/02/an-illustrated-history-of-

automotive-aerodynamics-in-three-parts/>

Acesso em: 29.04.2013

http://www.feng.pucrs.br/~eleani/Protegidos/classificacaoacos.ppt

130

[46] Dooyoo – Smart Roadster Reviews, 2008

Disponível em:< http://www.dooyoo.co.uk/cars/smart-roadster/>

Acesso em: 29.04.2013

[47] Direct Industries - Permanent magnet synchronous electric motor, 2012

Disponível em: <http://www.directindustry.com/prod/merkes/permanent-magnet-

synchronous-electric-motors-pmsm-29055-1082677.html>

Acesso em 30.04.2013

[48] Diesel Power - 799cc CDI Three-Cylinder Diesel Engine -Mercedes Pocket-Sized

Power, 2010

Disponível em: <http://www.dieselpowermag.com/news/1001dp_799cc_cdi_three_cyli

nder_diesel_engine/>


[49] Network Studio, 2010

Disponível em: <http://sav.network-studio.com/phpBB3/viewtopic.php?f=6&t=470&sta

rt=20#.UeRtKG2fVlM>


[50] Gadget Review – Nissan Leaf Review, 2011

Disponível em: <http://www.gadgetreview.com/2011/02/nissan-leaf-review.html>


131

[51] Alternative Fuels – Regenerative Breaking, 2013

Disponível em:

< http://alternativefuels.about.com/od/hybridvehicles/a/regenbraking.htm>


[52] Ladislau Dowbor – Foro Autolib Paris, 2012

Disponível em: <http://dowbor.org/2013/07/foto-autolib-paris-julho-2012.html/>


[53] Autolib - Autolib' l’auto en libre service, 2013

Disponível em: < http://www.autolib.fr/autolib/>


[54] Business Review - São Paulo se mantém na vanguarda em carros elétricos, 2012

Disponível em: <http://www.businessreviewbrasil.com.br/money_matters/sao-paulo-na-

vanguarda-em-carros-eletricos>


[55] Abve - Ampliada a rede de abastecimento do carro elétrico, 2012

Disponível em: <http://www.abve.org.br/downloads/AmpiadaRedeRecarga_Evaldo.p df>


132

APÊNDICES

________________________________________________________

133

APÊNDICE A

Especificações sobre IMC – (Índice de Massa Corporal)

134

O IMC (Índice de Massa Corporal) é utilizado para apontar se a pessoa está no seu peso ideal.

Abaixo há uma tabela mostrando quais os índices e suas respectivas denominações:

Índice de Massa Corporal Denominação

Menor ou igual à 18,5 Abaixo do peso ideal

Entre 18,6 e 24,9 Saudável

Entre 25 e 29,9 Sobrepeso

Entre 30,0 e 34,9 Obesidade de Grau I

Entre 35,0 e 39,9 Obesidade de Grau II

Maior ou igual a 40 Obesidade de Grau III(Mórbida)

Neste trabalho, as faixas que foram adotadas como possíveis usuários seriam os que possuem

IMC até 29,9.

135

APÊNDICE B

Componentes do veículo e seus respectivos pesos

136

Componente Peso (kg)

Baterias com módulo de

controle eletrônico

145

Motor OM660

(Dry Weight)

65

Motor Elétrico WEG

WMagnet

288

Gerador 150

Inversor WEG

compatível com o motor

43

Retificador de corrente 10

Ar Condicionado 40

Tanque de Combustível

Com 40L de Diesel

50

5L de reserva do tanque 5

4,3L de fluído de

arrefecimento

4,3

3,3L de óleo no motor 3,3

3,8L de água para o

Limpador de para-brisa

3,8

Jogo de tapetes 1,5

Kit de Emergência 1,5

2 Bancos 12,5

Carroceria 116,21

Suspensão, rodas e chassi 336

TOTAL ESTIMADO 1275,11

137

ANEXOS

138

ANEXO A

Características retiradas da apresentação “Aço” de Elaine Maria da

Costa, professora da PUC-RS (Pontifícia Universidade Católica – Rio

Grande do Sul)

139

AÇO BAIXO CARBONO

Estrutura é usualmente ferrítica e perlítica

São fáceis de conformar e soldar

São aços de baixa dureza e alta ductilidade

AÇO MÉDIO CARBONO

São aços de boa temperabilidade em água

Apresentam a melhor combinação de tenacidade e ductilidade e resistência mecânica e

dureza

São os aços mais comuns, tendo inúmeras aplicações em construção: rodas e

equipamentos ferroviários, engrenagens, virabrequins e outras peças de máquinas que

necessitam de elevadas resistências mecânica e ao desgaste tenacidade.

AÇO ALTO CARBONO

Apresentam baixa conformabilidade e tenacidade

Apresentam alta dureza e elevada resistência ao desgaste

Quando temperados são frágeis

140

ANEXO B

Tabela dos tipos de Carroceria de um Automóvel

Portal G1

141

Tipo de Carroceria Especificações e Exemplos da categoria

Hatchback Tem como característica principal dois volumes bem diferentes:

habitáculo dos passageiros e o motor. O termo em inglês remete

à ideia de uma ampla janela (escotilha) que se abre e dá acesso

ao porta-malas e interior do veículo. Visualmente chamam

atenção pelo desenho da traseira, que termina em uma única

linha. Somando-se a porta do bagageiro, podem ser encontrados

em versões de três ou cinco portas. Geralmente é o modelo de

entrada das marcas. Bons exemplos no mercado brasileiro são:

Volkswagen Gol, Chevrolet Celta, Ford Ka, Peugeot 206 e Fiat

Palio.

Fastback É parecido com o hatchback, mas conta com a parte traseira

mais longa. O teto segue abaixando até o porta-malas no

desenho moderadamente encurvado. A porta traseira dá acesso

ao interior. O fastback mais popular é o Ford Mustang. Outros

exemplos são o Chevrolet Kadett e o Ford Escort.

Notchback É um carro muito parecido com o fastback, porém, o porta-

malas é menor a ponto de não formar um volume independente

como nos sedãs. Exemplos: Chevrolet Astra, Fiat Stilo, Citroën

Xsara e Renault Laguna.

Sedã Possui três volumes, de duas ou quatro portas. É um tipo

comum, cujo formato a maioria das pessoas distingue

facilmente. É composto pelo motor, habitáculo dos passageiros

e porta-malas, sendo cada área bem definida. A linha que define

a dianteira é semelhante ou igual à traseira. O compartimento

traseiro é externo ao habitáculo e sua tampa não inclui o vidro

traseiro. Alguns dos exemplos são: Toyota Corolla, Honda

Civic, Ford Fusion, Volkswagen Jetta, Fiat Siena e Chevrolet

Vectra.

142

Cupê (Cupê) É uma das versões que possui o maior número de

interpretações. Oficialmente, o que difere um cupê de um

hatchback ou de um fastback é o volume interno. De acordo

com a Sociedade dos Engenheiros Automotivos (SEA), o que

define um cupê é o carro de teto rígido com menos de 0,93 m³

(934 litros) de espaço interno. De maneira sucinta, são os carros

com denotação esportiva, de duas portas e três volumes, com o

teto baixo e coluna traseira inclinada. Bons exemplos: Porsche

356, 911 e Maserati Coupé.

Conversível De uma forma geral, é todo carro com capota de lona ou rígida

escamoteável. São os modelos com para-brisa fixo e capota

dobrável que, quando fechada, deixa o carro com as linhas de

um cupê. Ou seja, "convertido" em sua versão tradicional. Bom

exemplo é o Peugeot 308 CC.

Cabriolet É apontado pela indústria automobilística como a versão que

designa vários tipos de conversíveis, mas é mais aplicado a

veículos derivados de cupês, com dois ou quatro lugares e com

santantonio, seja rígido ou de levantamento automático.

Exemplo: Mercedes CLK Cabrio.

Targa É o conversível com teto rígido – metálico. Geralmente é uma

área quadrada removível logo acima dos ocupantes. É uma

terminologia empregada inicialmente pela Porsche.

Praticamente não se modifica as linhas gerais do carro. Os

exemplos mais conhecidos são o Porsche 911 Targa, o Miura

Targa e o Pontiac TransAm Targa.

Roadster É um carro projetado para uso rotineiro nas estradas. Possui

assento para apenas duas pessoas, que ficam recuadas até a

altura do eixo traseiro. A dianteira é bem pronunciada e a

predominância é puramente esportiva. Conta com dois lugares e

santantonio. Os exemplos clássicos nos dias de hoje são o Audi

TT Roadster e o BMW Z4.

Spider É uma das versões preferidas pelas marcas italianas. São

conversíveis, parecidos com roadsters, mas que levam mais dois

passageiros. Exemplo: Maserati Spider e Alfa Romeo Spider.

143

Perua (station

wagon),

É derivada dos hatchbacks, sedãs, fastbacks ou até mesmo

cupês. Podem ter três ou cinco portas. É conhecida como carro

família e basicamente tem o habitáculo dos passageiros

estendido até o porta-malas. A tampa da mala envolve a janela

traseira e a capacidade de bagagem é muito maior. Os modelos

no mercado possuem diversas denominações: Fiat Palio

Weekend, Volkswagen Parati, Audi Avant, Xsara Break, BMW

Touring, etc.

Minivan É conhecida como veículo monovolume, pois o compartimento

do motor, a cabine e o porta-malas formam um único volume.

No exterior, é chamada de MPV (Multi Purpose Vehicle –

Veículo de Múltiplos Propósitos). É um carro versátil, que está

situado entre as peruas e as vans. Contudo, as minivans não

costumam ser maiores que as peruas, uma vez que

compartilham a mesma plataforma. Dentre as características

básicas estão a posição de dirigir mais alta e uma extensa

possibilidade de configuração dos bancos. Exemplos: Renault

Scénic, Chevrolet Zafira, Mercedes Classe A e Citroën Picasso.

Van É projetada para carregar o maior número possível de pessoas.

Varia em tamanho e forma, mas geralmente conta com

carrocerias que priorizam o aproveitamento do espaço em

detrimento do estilo. Tem teto alto e amplo espaço interno.

Melhores exemplos: Kia Besta, Fiat Ducato, Mercedes-Benz

Sprinter e Volkswagen Kombi, pioneira nesse segmento.

Furgão É parecido com a van, mas com foco no transporte de carga.

Normalmente tem o habitáculo separado da carga. O exemplo

mais popular é o Fiat Fiorino. Outros são: Fiat Doblò, Peugeot

Boxer, Fiat Ducato.

Utilitário esportivo

(SUV - Sport Utility

Vehicle)

É uma espécie de perua derivada de uma picape. Apesar de

atualmente todos os carros 4x4 com características esportivas

serem enquadrados nesse segmento, ele engloba carros grandes,

sofisticados, de aparência robusta e, muitas vezes, com preço de

venda elevado. Possui bom desempenho fora-de-estrada, motor

potente e diversos itens de luxo. Porsche Cayenne, BMW X5,

Mercedes-Benz ML, Jeep Cherokee, Nissan Pathfinder e Pajero

Full são exemplos conhecidos.

144

Jipe

É um veículo dotado de tração nas quatro rodas com

desenvoltura para enfrentar terrenos ruins e acidentados.

Inicialmente destinado ao uso militar e fabricado pela marca

Willys, o carro ficou conhecido como General Purpose Vehicle

– veículo para uso geral, ou GP- "gee-pee" (soletrando em

inglês). Dessa expressão é que surgiu o Jeep, aportuguesado

para jipe. Exemplos: Troller T4, Jeep Wrangler, Toyota

Bandeirante e Land Rover 110.

Crossover É basicamente o termo a se aplicar a qualquer carro urbano com

características, sejam funcionais ou decorativas, de veículos off-

road. É um modelo que está se tornando comum no mercado

brasileiro, porém com outro conceito. Originalmente, era para

ser um veículo com carroceria enquadrada entre o utilitário

esportivo e a perua, como por exemplo, o Subaru Outback, o

Mitsubishi AirTrek e o Nissan Murano, mas o termo passou a

designar carros com pequenas modificações, com certo ar

aventureiro. Bons exemplos são Palio Adventure e o

Volkswagen Crossfox.

Picape

(Caminhonete)

É um veículo de transporte de carga em compartimento aberto.

O termo é derivado da palavra inglesa "pick-up" – carregar em

português. As picapes são basicamente compostas por uma

cabine com dois lugares (ou cabine duplas, para cinco pessoas)

e uma grande caçamba para cargas. Exemplos: Ford F250, Ford

Courier, Fiat Strada e Chevrolet Montana.

Limusine É um carro longo, de alto luxo e frequentemente dirigido por

um chofer (motorista). Conta com espaço para, no mínimo, seis

pessoas em um habitáculo diferente do motorista. No interior,

tem diversos itens de conforto, entre os quais não pode faltar o

frigobar.

147

ANEXO D

Tabela de Especificações de chapas de aço laminadas a frio

148

Tabela retirada do sitio Ferraço Indústria e Comércio Ltda., 2013.

Bitola – GSC Espessura (mm) Peso (Kg/m²)

30 0,30 2,40

28 0,38 3,04

26 0,45 3,60

24 0,60 4,80

22 0,75 6,00

20 0,90 7,20

19 1,06 8,48

18 1,20 9,60

16 1,50 12,00

14 1,90 15,20

13 2,25 18,00

12 2,65 21,20

149

ANEXO E

Estudo Antropométrico do IBGE (2008-2009)

Dados amostrais e estimativas populacionais das medianas de altura e

peso da população, por sexo segundo a idade e os grupos de idade

Brasil – período 2008-2009

151

ANEXO F

Tabela com estimativas em percentual da faixa da população brasileira

que está com sobrepeso tanto nas capitais quanto no país

REVISTA VEJA – 10/04/2012

153

ANEXO G

Cartaz referente ao uso correta do Air Bag frontal

DENATRAN

155

ANEXO H

Ilustração referente à alguns adicionais de segurança no Carro Smart

Fortwo

SMART ELETRIC DRIVE, 2013

pesquisa e desenvolvimento do veiculo automotivo provido de motor elÉtrico

Documents