TRABALHO UNIP ENG. TEORIA CARRO ELETRICO

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UNIP 
UNIVERSIDADE PAULISTA
	
MARCIO RAIMUNDO ASSUNÇÃO DE OLIVEIRA - R.A.: B8968A6
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS: 
PROTÓTIPO DE CARRO MOVIDO A ENERGIA ELÉTRICA
MANAUS
2017
MARCIO RIMUNDO ASSUNÇÃO DE OLIVEIRA - R.A.: B8968A6 
ATIVIDADES PRÁTICAS SUPERVISIONADAS:
PROTÓTIPO DE CARRO MOVIDO A ENERGIA ELÉTRICA
Projeto apresentado a Universidade Paulista, como um dos pré-requisitos para obtenção de nota parcial para o curso de Engenharia elétrica com ênfase em Eletrônica. 
MANAUS
2017
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 	04
2 OBJETIVO 	04
3 METODOLOGIA	05
4 REFERENCIAL TEORICO	06
4.1 HISTÓRICO	06
4.2 MERCADO AUTOMOBILISTICO	07
4.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DE UM CARRO ELÉTRICO .......... 08
4.3.1 SISTEMA DE CARGA	08
4.3.2 SISTEMA DE CONTROLE	09
5. ETAPAS DE CONSTRUÇÃO ...................................................................... 09
5.1 PEÇAS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA A MONTAGEM ......... 09
5.2 CÁLCULOS REALIZADOS PARA O MELHOR DESEMPENHO ............ 10
5.3 MONTAGEM .............................................................................................. 12
5.4 TESTE FINAL ............................................................................................ 15
CONCLUSÃO .................................................................................................. 17
REFERÊNCIAS ............................................................................................... 18
	
1 INTRODUÇÃO 
Um dos grandes desafios enfrentados na sociedade atual esta ligado com o transporte urbano, congestionamentos constantes e cada vez maiores estão inseridos no dia a dia das grandes cidades. Sendo que a maior parte dos veículos de transporte são movidos a energia de combustão o que torna altos os níveis de emissão de poluentes, apontando o deslocamento urbano como um dos principais vilões da poluição ambiental.
Portanto considerando estes fatos, o desenvolvimento de carros elétricos torna-se aliado para a diminuição significativa desta degradação do meio em que vivemos, pois esta seria apenas feita pelas indústrias.
Os carros eléctricos foram especialmente populares entre meados do século 19 e início do século 20, quando a eletricidade foi um dos métodos preferidos para propulsão de automóveis, proporcionando um nível de conforto e facilidade de operação que não poderiam ser alcançados pelos carros a gasolina da época.
Porém a utilização desta energia para o transporte em geral requer uma cadeia de suprimento eficaz que forneça o abastecimento de toda a demanda sem sobrecarregar o sistema ou falhar em sua distribuição, o que torna tal feito inviável tecnicamente. 
A melhor forma de resolver esse impasse é a inserção gradativa de veículos elétricos no mercado automobilístico em paralelo aos veículos a combustão. Incentivando a fabricação e o seu comercio, para que ao longo do tempo o sistema que fornece a energia elétrica se adapte ao novo nível de procura da mesma.
As melhores soluções encontradas até agora passam pelos automóveis movidos total ou parcialmente através de energia eléctrica.
O capitulo inicial traz a abordagem teórica na qual são realizadas algumas considerações relacionadas aos veículos elétricos (VEs) e as tecnologias existentes, e mais a frente são apresentadas as características relacionadas à construção do veículo, bem como os itens usados e os custos referente a fabricação do protótipo.
2 OBJETIVO
Através da construção de um protótipo de carro movido a energia elétrica, este trabalho tem como objetivo apresentar as principais características a serem observadas para a fabricação de um veículo elétrico convencional.
Deste modo deve-se projetar e construir um carro movido a energia elétrica utilizando-se pilhas ou baterias, com comando de controle remoto no qual este pode ser com ou sem fio, afim de andar por um determinado caminho 
de estaturas e trajetória pré-estabelecidas, demonstrando deste modo estar apto a realizar movimentos para qualquer direção e que obtenha em sua estrutura física faróis. 
3 METODOLOGIA
Os métodos utilizados para o desenvolvimento deste projeto foram, a pesquisa bibliográfica, cálculos, construção do veículo e teste de desempenho do protótipo.
A pesquisa bibliográfica foi realizada para se obter informações a respeito das ferramentas e materiais necessários para a construção do protótipo.
 As referências mais utilizadas para o embasamento deste projeto são as que apresentam temas voltados a Evolução do carro elétrico, Armazenagem de energia e Análises de circuitos.
4 REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 HISTÓRICO
A revista Scientific American de 1899, a qual dizia que “a eletricidade é ideal para veículos, pois ela elimina os dispositivos complicados associados aos motores movidos à gasolina, vapor e ar comprimido, evitando o ruído, vibração e calor associados”. Porém em 1903 havia mais de quatro mil veículos registrados na cidade de Nova York, destes 53% eram a vapor, 27% eram a gasolina e 20% elétricos (LEGEY e BARAN, 2010).
Esta época não se imaginaria a mudança que haveria nesse mercado, pois os veículos elétricos eram mais populares que os veículos movidos com motores à combustão interna, pois estes últimos eram barulhentos, sujos e possuíam a necessidade de uma manivela para a sua partida, enquanto que os veículos movidos com motores elétricos não emitiam ruídos, nem possuíam a necessidade de uma manivela de arranque, bem como em sua utilização não se necessitava a troca de marchas (Who Killed the Electric Car?, 2006).
Porém os carros elétricos foram cada vez menos utilizados pela população devido a sua baixa autonomia quando comparados aos movidos a gasolina, bem como seu investimento inicial e o seu custo operacional maior. Por um longo período de tempo os movidos a gasolina dominaram o mercado. 
Ao implementar em 1913 uma linha de produção em serie de veículos com motores movidos a combustão, a montadora Ford alavancou a utilização deste tipo de carro, juntamente com a invenção do motor elétrico. 
Mais recentemente em 2011, com um sistema mais aprimorado a Ford coloca disponível nos EUA dois modelos de veículos totalmente elétricos, o Focus Eletric e a Transit Connect EV, além de seus modelos híbridos como o Fusion e o C-MAX. O modelo Focus Eletric possui velocidade máxima de 136 Km/h e é recarregado em tomadas de 240V, possuindo uma potência de 31,25CV. Este veículo possui freios regenerativos, controle eletrônico de tração, baterias de lítio dentre vários outros acessórios tecnológicos. Em conjunto com o sistema de tração do veículo, por exemplo, existem sistemas que operam de modo a buscar o melhor desempenho possível, como o sistema EcoGuide e o sistema Brake Coach, elevando de modo significativo a sua autonomia.
4.2 MERCADO AUTOMOBILISTICO
Os veículos elétricos, em especial os do tipo puramente elétricos são veículos que utilizam a eletricidade armazenada em baterias como única forma de energia para o seu funcionamento, aplicando essa energia diretamente a motores elétricos que o tracionam, fato que torna estes veículos não emissores de poluentes. 
O problema desta tecnologia está nas baterias que possuem uma capacidade de armazenamento limitada e um tempo de recarga elevado, restringindo a autonomia deste tipo de veículo e tornando a sua inserção no mercado limitada ao transporte de pessoas e cargas em pequenas distâncias como no parque fabril de uma indústria ou em um campo de golfe por exemplo. 
Mesmo com o desenvolvimento de baterias com elevadas densidades energéticas como as de íons de lítio, o custo destas ainda é um fator limitador na sua utilização em veículos elétricos, pois sistemas que possuem este tipo de tecnologia são muito mais caros quando comparados com o custo benefício de motores a combustão, fazendo com que os consumidores optem pelos veículos tradicionais, mesmosendo estes extremamente poluentes. 
Segundo (Who Killed the Electric Car?, 2006) os consumidores possuem interesse em adquirir um veículo elétrico pelo fato destes não serem poluentes, porém quando percebem as limitações impostas em relação à potência, autonomia, velocidade e tempo de carga que possuem estes, acabam desistindo da compra e adquirem veículos a combustão. 
Com isso, a opção criada pelas montadoras objetivando a inserção dos veículos elétricos no mercado foi à tecnologia dos veículos híbridos, a qual é a que melhor tem se adaptado ao mercado automotivo. Os veículos elétricos híbridos são uma combinação de veículos elétricos puros com veículos movidos com motores à combustão, onde estes combinados atingem elevadas autonomias e potências consideráveis, além de proporcionarem uma menor emissão de poluentes, esta última característica a qual é um dos principais objetivos dos veículos elétricos.
4.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DE UM CARRO ELÉTRICO
 
Um carro elétrico é um veículo movido pela ação de motores eléctricos, e é constituído essencialmente por um ou mais motores eléctricos AC ou DC, uma bateria e um sistema de controle. Estes carros ganharam especial importância com o passar dos anos devido às questões ambientais e econômicas levantadas pelos tradicionais carros com motores de combustão interna.
Os motores eléctricos destinam-se a transformar a energia eléctrica em mecânica e podem ser de corrente contínua (DC) ou corrente alternada (AC), tendo cada tipo as suas vantagens e desvantagens de acordo com o tipo de veículos em que são utilizados. O motor é o responsável pelo movimento do carro, isto é, a tração do automóvel, que pode ser dianteira, traseira, às quatro rodas, e ainda é possível ter motores montados diretamente em cada roda.
4.3.1 Sistema de carga 
Para transformar a corrente alternada da rede elétrica em corrente continua com valores de tensão corretos para recarregar a bateria existe o sistema de carga. Este sistema necessita de um cabo de ligação entre o carro e a fonte de tensão, mas existem sistemas em desenvolvimento com o objetivo de recarregar a bateria sem a utilização desses cabos.
4.3.2 Sistema de controle
Define-se como sendo o sistema capaz de comandar e instruir todos os componentes do veículo. A sua função é realizada através de controladores electrónicos, que são flexíveis e eficientes, Menor nível de ruído; Menor consumo; Travagem regenerativa; Menor autonomia e velocidade limitada. Custo inicial mais elevado.
5. ETAPAS DE CONSTRUÇÃO
Realizou-se pesquisas em sites e lojas de eletrônicos, deste modo selecionou-se montar um veículo que possua dois motores elétricos, para que se conseguisse atender à todos as exigências propostas. Realizando assim todos os movimentos necessários para aprovação no trabalho, dentro das normas técnicas exigidas como medidas e peso.
5.1 PEÇAS E EQUIPAMENTOS UTILIZADOS PARA A MONTAGEM
Realizamos uma pesquisa prévia com a finalidade de encontrar a melhor maneira e mais a mais eficaz, para o andamento do projeto. Na construção de nosso projeto utilizamos dois motores elétricos, uma placa eletrônica, uma chave seletora (liga e desliga), chassi em acrílico, dois eixos, dois leds para os faróis, 4 rodas de carrinho de brinquedo e equipamentos para a construção do mesmo como o ferro de SOLDA. Também foi adquirido um par de pilhas alcalina AA. 
Quadro 1 – Tabela de custos materiais e equipamentos
	NOME DA PEÇA
	QUANTIDADE
	VALOR UNITÁRIO (R$)
	VALOR TOTAL (R$)
	MOTORES
	2
	50,00
	50,00
	PLACA CONTROLADORA ARDUINO UNO R3
	1
	47,00
	47,00
	CHAVE SELETORA
	1
	20,00
	20,00
	CHASSI EM ACRILICO
	1
	80,00
	80,00
	EIXOS
	2
	14,00
	28,00
	LEDS (FAROIS)
	2
	2,00
	4,00
	RODAS
	4
	0,50
	2,00
	PAR DE PILHAS ALCALINAS RECARREGAVEIS
	1
	24,90
	24,90
	FERRO DE SOLDA
	1
	40,00
	40,00
	PISTOLA DE COLA QUENTE
	1
	10,00
	10,00
	TUBO DE COLA PARA PISTOLA
	5
	0,80
	4,00
	ESTILETE
	1
	10,00
	10,00
	FIOS
	
	
	
	TOTAL (R$): 
	
Fonte: Autores, maio, 2014.
5.2 CÁLCULOS REALIZADOS PARA O MELHOR DESEMPENHO
Baseado nos conceitos que aprendemos em física, sabemos que a energia mecânica é a soma da energia cinética mais a energia potencial (Em = Ec + Ep ) . No caso do carro elétrico movido à bateria funciona da seguinte forma: 
Cálculos
M = 0,4 Kg
D1 = 0,09 m
D2 = 0,135 m
H = 0,14 m
ME = 0,85
MC = 0,55
TCM
FX
FAT t = M x A
ME x NT = M x A
0,85 x 5,095 = 4 x A
A = 4,34 m /s²
FY
NT + ND – P = 0
NT + ND = 4
TMA
- (ND x D2) + (NT x D1) – (FAT t x H) = 0
- ND X 0,135 + NT x 0,09 – 0,85 x 0,14 x NT =
-0,135 x (4 – NT) + 0,09 x NT – 0,85 x 0,14 x NT = 0
-0,54 -0,135NT + 0,09NT – 0,119NT = 0
0,54 = 0,106 NT
NT = 5,095 N
- (ND x D2) + (NT x D1) – (FAT t x H) = 0
- ND X 0,135 + NT x 0,09 – 0,55 x 0,14 x NT =
-0,135 x (4 – NT) + 0,09 x NT – 0,55 x 0,14 x NT = 0
-0,54 -0,135NT + 0,09NT – 0,077NT = 0
0,54 = 0,148 NT
NT = 3,649 N
FX = M x acm
MC x NT = M x acm
0,55 x 3,649 = 4 x acm
Acm = 0,502 m/s²
5.3 MONTAGEM
Para a fácil montagem do protótipo alocaram-se todos os materiais em sequência, obedecendo a ordem da construção, o chassi foi colocado sobre uma superfície e prendemos os eixos que já estavam com as rodas e com os motores anexados às engrenagens. Por fim foram ligados todos os componentes à placa de transmissão. A seguir as fotos do processo de montagem.
5.4 TESTE FINAL
Para testar o desempenho do veículo foi realizado um circuito similar e com os mesmos parâmetros estabelecidos para este projeto. O protótipo apresentou todos os requisitos de bom funcionamento, apontando deste modo a correta montagem e construção do mesmo. Podendo assim fazer a performance esperada na apresentação deste trabalho. 
CONCLUSÃO
Considera-se que em relação aos automóveis com motor de combustão interna o carro eléctrico tem muitas vantagens. A sua menor poluição, tanto sonora como atmosférica, assim como o seu menor consumo de energia leva a ter uma boa perspectiva acerca do futuro destes veículos. No entanto, no ponto de vista atual, podemos considerá-los como um bom investimento no caso de a sua utilização ser simplesmente no interior de localidades e de grandes cidades, pelo fato de que a sua autonomia e velocidade são limitadas e a escassez de locais de recarregamento da bateria não permitem ao condutor deslocações de longa distância.
Obtivemos êxito em todas as etapas, pois, realizamos tudo de maneira ordenada e seguindo a risca todos os pré-requisitos do plano de ação que traçamos. Esse modelo de veículo elétrico é o melhor dentre os demais pesquisados, pelo fato de fazer o uso de dois motores elétricos para a execução de movimentos alternados onde um comanda o movimento para frente e para trás e o outro para uma lado e para o outro. Dessa maneira conseguimos melhor desempenho e menor esforço do motor, economizamos energia das baterias e conseguimos maior velocidade na execução das tarefas propostas.
REFERÊNCIAS
BUENO, A. G. A tração elétrica como alternativa para o transporte Urbano. 
Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Porto Alegre. 2004. 
FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY, C.; UMANS, S. D. MÁQUINAS ELÉTRICAS. 6. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. 
KOSOW, I. L. Máquinas Elétricas e Transformadores. 15. Ed. ed. São Paulo: Globo, 2005. 
LARICA, N. J. Design de Transportes: Arte Em Função da Mobilidade. Rio de Janeiro: 2AB editora, 2003. 216 p.