ARTIGO - REAPROVEITAMENTO DE ENERGIA EM MOTORES A COMBUSTÃO INTERNA

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REAPROVEITAMENTO DE ENERGIA EM MOTORES A COMBUSTÃO 
INTERNA 
 
Juliane Taise Piovani 1 
Daniel Rodrigues Soares2 
Fabio Gea3 
Felipe dos Santos Orlando4 
Guilherme Rocha de Oliveira5 
Gustavo Dantas de Carvalho6 
Isaías de Carvalho dos Santos7 
Jó Edgar Pontes8 
Márcio Alan Baptista9 
 
 
RESUMO 
O projeto consiste na captação da energia dissipada pelo motor de combustão interna, 
com o objetivo de convertê-la em energia elétrica, aumentando o seu rendimento térmico. 
Nesse tipo de motor têm-se acesso a dois tipos de energia: a energia térmica, gerada pelo 
processo de combustão e a energia mecânica gerada pelo fluxo de gases dissipados pelo 
motor. Com essa conversão buscou-se gerar o máximo de energia elétrica, com o objetivo 
de encontrar a melhor aplicação para a mesma. 
 
Palavras-chave: Energia. Conversão. Aproveitamento. Térmica. Elétrica. 
 
ABSTRACT 
The project consists of the capture of the energy dissipated by the internal combustion 
engine, with the objective of converting it into electrical energy, increasing its thermal 
efficiency. This type of motor has access to two types of energy: thermal energy, 
generated by the combustion process and the mechanical energy generated by the flow 
of gases dissipated by the engine. With this conversion we tried to generate the 
maximum of electric energy, with the objective of finding the best application for it. 
 
Keywords: Energy. Conversion. Use. Thermal. Electrical. 
1Doutoranda em Energia da Universidade Federal do ABC (UFABC). Docente na Universidade Paulista 
(UNIP) no curso de engenharia mecânica, automação e elétrica. Rua Francisco Bautista, 300 – km 12 da 
Via Anchieta – São Paulo – SP – CEP 04182-020. E-mail: jtpiovani@hotmail.com 
2 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
3 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
4 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
5 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
6 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
7 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
8 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
9 Aluno de Graduação do Curso de Engenharia Mecânica da Universidade Paulista (UNIP) de São Paulo. 
10 
 
1 INTRODUÇÃO 
 
Nas últimas décadas verificou-se um enorme aumento da procura global 
por energia, impulsionada pelo crescimento da população e desenvolvimento 
industrial. O consumo mundial de energia deverá aumentar em até 36% em 
2035, impulsionado por uma população que crescerá em 25% no mesmo 
período. (WAGNER et al., 2014, p.2). 
Segundo o Sindicato Nacional da Indústria de Componentes para 
Veículos Automotores e a Associação Brasileira da Indústria de Autopeças, a 
frota de veículos no Brasil (2016), aumentou 0,7% em comparação com 2015, 
registrando 42,9 milhões de unidades circulan tes. A Figura 1 ilustra o 
crescimento da frota de motocicletas ao decorrer dos anos. O crescimento de 
veículos é exponencialmente proporcional e na Figura 2 destaca-se a proporção 
de veículos para cada habitante no Brasil. 
 
 
Figura1 – Frota Circulante e motocicletas. 
Fonte: Carro 100, 2015. 
 
. 
Figura 2 – Habitantes por veículos no Brasil. 
Fonte: Carro 100, 2015. 
11 
 
 
Direcionando o foco desse crescimento de frota ao fator energia, pode-se 
salientar que de toda energia produzida por um motor de combustão interna, 
somente um terço fica disponível para a movimentação do veículo, pois toda 
energia restante pode ser adotada como energia desperdiçada, sendo 
separadas da seguinte forma: uma parcela se dissipa por meio do sistema de 
arrefecimento sendo consumido pelo próprio mecanismo de funcionamento do 
motor e o restante é eliminado como gases de escape, conforme ilustra a Figura 
3 (MASTERPOWER, 2017). 
 
 
Figura 3 – Motor ciclo Otto (rendimento). 
Fonte: MASTER POWER, 2014. 
 
Conforme aumenta a frota de veículos, também cresce a quantidade de 
energia desperdiçada. Isso porque, apesar de um considerável crescimento da 
frota mundial de veículos elétricos, o motor a combustão interna ainda representa 
cerca de 98% dos veículos (IEA, 2017). 
O uso descontrolado dos recursos ambientais gerou, ao longo do tempo, 
crescente redução de suas disponibilidades e principalmente, de sua qualidade. 
Apesar de antigo o debate sobre o tema, só recentemente a sociedade 
reconheceu a relevância dos impactos ambientais advindos da atividade 
econômica, bem como a necessidade de controlá-los por meio de políticas 
ambientais (ALMEIDA, B. T. et. al. 2003). 
Pensando neste problema, com o auxílio da Física, foi explorada uma 
maneira de fornecer soluções sócio-ambientais que acompanhem este 
crescimento da frota e que se tornem compatíveis com a ideologia de 
12 
 
desenvolvimento sustentável, sendo esta uma das filosofias mais intrínsecas do 
nosso século. 
Utilizando como base os estudos e os fenômenos descoberto pelo físico 
Jean Peltier foi elaborado o Módulo de Peltier. Neste módulo, utiliza-se uma 
corrente elétrica transpassando entre dois metais distintos, para gerar ou 
absorver calor, dependendo do sentido da corrente elétrica imposta, porém, 
neste projeto, foi explorada uma nova vertente de uso desse fenômeno, sendo 
aplicado da maneira inversa, onde se utiliza do calor presente no motor à 
combustão, para então gerar uma corrente elétrica (FIALHO, 2008 apud 
CAMPOS, D. R. M; OLIVEIRA, T. D. p.42). 
Somado ao módulo Peltier também foi adicionado ao projeto uma turbina 
de turbo compressão. Segundo MASTERPOWER, (2017), este componente 
utiliza a energia dos gases do escape para convertê-la em energia cinética; esta 
será utilizada para mover um rotor gerador. 
Foi desenvolvido este protótipo, com o objetivo de aproveitar as energias 
dissipadas já presentes em sistemas termodinâmicos correntes, o ciclo Otto, ou 
popularmente conhecido como motores à combustão interna, este sistema é 
capaz de captar uma parcela do calor dissipado e transformá-lo em uma nova 
fonte de energia renovada e disponível para o usuário do veiculo. 
Este sistema de captação foi composto por um módulo de Peltier, que 
atua na captação da energia térmica desperdiçada por radiação, somada a um 
sistema de turbo compressão, que é responsável pela captação da energia 
térmica desperdiçada, devido à troca de calor dos gases de arrefecimento e 
também dos gases e exaustão gerado pelo ciclo termodinâmico. 
 
 
 
 
 
13 
 
1 MATERIAIS E MÉTODOS 
 
Foi iniciada a escolha dos métodos de conversão e captação de energia 
analisando por meio de dados técnicos, colhidos em campo, os pontos do motor, 
onde existe uma maior perda de energia e maior possibilidade de captação. 
Espera-se obter um novo rendimento para o motor a combustão interna e 
uma determinada taxa de energia que será convertida em eletricidade, podendo 
até ser utilizada por algum componente do próprio carro. 
 
1.1 Carro 
O veículo escolhido foi um Escort Hobby 1995, motor CHT 1.0. O motivo 
da escolha foi exclusivamente por disponibilidade, já que o carro representado 
na Figura 14 pertencia a um integrante do grupo e não estava sendo utilizado. 
 
 
Figura 14 – Veículo 
Fonte: Autor, 2017. 
 
O motor do veículo se localiza na parte dianteira, em disposição 
transversal. Possui quatro cilindros com duas válvulas por cilindro e cilindradaigual a 997 cm3. A taxa de compressão é de 9:1 e o combustível é gasolina. O 
diâmetro dos cilindros é de 70,3 mm e o curso dos pistões igual a 64,2 mm. O 
torque especifico é de 7,42 kgf.m/ litro e a potência efetiva bruta máxima igual a 
52cv (ESCORT CLUBE, 2016). 
Em questão de desempenho, o veículo vai de 0 a 100 km/h em 19,9 s e 
possui velocidade máxima igual a 142 km/h. O consumo médio de gasolina 
urbano é de 10,7 km/L, já em rodovias é de aproximadamente 14 km/L. O tanque 
14 
 
de combustível tem capacidade para 50 litros e a massa total do veiculo é de 
435 kg. 
O motor CHT (Compound High Turbulence), utilizado nesse tipo de 
veículo, foi lançado em 1983 pela Ford com o intuito de se obter uma câmara de 
combustão de alta turbulência. A vantagem da alta turbulência é tornar a mistura 
mais homogênea, melhorando a queima e contribuindo para economia de 
combustível, que é uma característica marcante desse tipo de motor. Em 1989, 
o motor recebeu algumas melhorias, visando aumentar sua durabilidade e foi 
rebatizado de AE 1600. 
A sigla AE se refere a “alta economia” do motor, já que ainda nesse 
modelo se caracterizava pelo baixo consumo de combustível. Esse motor saiu 
definitivamente de circulação em 1996. 
 
1.2 Pastilhas Termoelétricas 
Pastilhas termoelétricas ou módulos Peltier (Figura 15), como também são 
conhecidas, são normalmente utilizadas para resfriamento de componentes 
eletrônicos a partir de energia elétrica. 
 
 
Figura 15 – Pastilha Peltier. 
Fonte: PELTIER, 2017. 
 
O princípio de funcionamento desse dispositivo é baseado no “Efeito 
Peltier”, descoberto em 1834 que consiste na produção de uma diferença de 
temperatura quando são submetidos dois materiais diferentes a uma 
determinada tensão elétrica. No entanto foi utilizado o efeito reverso, conhecido 
como efeito Seebeck, que é a produção de energia elétrica por meio de uma 
diferença de temperatura entre dois materiais distintos. 
15 
 
A Figura 16 ilustra o funcionamento do efeito Seebeck, onde pode-se 
observar duas barras de cobre separadas por uma barra de ferro. Mantendo-se 
as duas barras laterais a temperaturas distintas, observa-se o surgimento de 
uma diferença de potencial entre os dois pólos. Essa DDP pode ser aferida por 
meio de um multímetro. 
 
Figura 16 – Efeito Seebeck. 
Fonte: USP, 2017. 
 
Nesse trabalho as pastilhas foram utilizadas para captação do calor e 
conversão da energia térmica em energia elétrica, sendo que quanto maior a 
diferença de temperatura entre as faces da pastilha, maior a energia gerada por 
cada módulo. 
 
 
3.3 Testes e instalação das pastilhas 
Inicialmente, realizaram-se os testes com a as pastilhas Peltier com o 
objetivo de mensurar a quantidade de energia que pode ser fornecida por uma 
unidade quando utilizada em sua condição reversa. No experimento utilizou-se 
um recipiente com água e gelo, um dissipador de calor, um termômetro digital e 
um soprador. 
A mistura água-gelo foi usada para resfriar o dissipador, no qual eram 
apoiadas as pastilhas. Já o soprador, simulou o calor proveniente do motor do 
carro. Primeiramente foi feita a medição da temperatura do ar cedido pelo 
soprador, que era de aproximadamente 113ºC. Em seguida mediu-se a 
temperatura da água, próxima de 31ºC conforme Figura 17. Sendo assim 
constatou-se uma variação de aproximadamente 82ºC de um lado para o outro 
da pastilha. 
16 
 
 
 
Figura 17 – Teste Peltier – gelo. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
A primeira medição obtida foi a quantidade de energia fornecida por 
apenas uma pastilha. Com a variação de temperatura proveniente do sistema, 
foi possível gerar 3,7 V e 6,9mA respectivamente ilustrados pelas Figuras 18 e 
19. 
 
 
Figura 18 – Teste Peltier – unitária (Corrente). 
Fonte: Autor, 2017. 
17 
 
 
Figura 19 – Teste Peltier – unitária (Corrente). 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Depois de mensurada a quantidade de energia fornecida por uma 
pastilha, foi realizado um teste para determinar o tipo de ligação elétrica a ser 
executada (série ou paralelo), levando em consideração a quantidade de energia 
gerada. Nesse caso utilizaram-se os mesmos materiais do teste anterior, com 
exceção da água para resfriamento das pastilhas, buscando chegar a um 
resultado mais próximo da realidade. 
Além da ausência de resfriamento do sistema, nesse teste foram 
utilizados 16 módulos de Peltier ao invés de um como no teste anterior. Essa 
quantidade foi baseada no espaço disponibilizado pelo suporte utilizado no teste. 
Primeiramente verificou-se a quantidade de energia com as pastilhas 
ligadas em paralelo. Com esse formato de ligação foram gerados 320 mA e 380 
mV. Já na ligação em série, foram obtidos 41,22 mA e 9,69 V, como ilustrado na 
figura 20 e 21. Dessa forma, levando em consideração a grande diferença na 
tensão gerada, foi determinado que as pastilhas fossem ligadas em série. 
18 
 
 
Figura 20 – Teste Série – Corrente. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Figura 21 – Teste Série – Tensão. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Terminados os testes em laboratório, foram realizadas as medições de 
temperatura no motor do carro, para encontrar o melhor posicionamento possível 
para as pastilhas. Nessa fase foi constatada uma possível limitação do sistema: 
as pastilhas quando colocadas em locais com temperatura próxima de 150°C, 
têm a sua parte interna danificada. Dessa forma foi determinada uma 
temperatura limite de trabalho, o que limita também a quantidade de energia 
gerada. Sendo assim, procurou-se trabalhar sempre por volta de 120°C, 
garantindo assim o funcionamento constante do dispositivo. 
19 
 
Realizando as medições constatou-se que para aproximar-se da 
temperatura ideal, as pastilhas deveriam ser posicionadas sobre o cabeçote, 
próximas ao coletor onde foi determinada uma temperatura constante e próxima 
do limite de operação das pastilhas, conforme Figura 22: 
 
 
Figura 22 – Posicionamento das Pastilhas. 
Fonte: Autor, 2017 
 
Para fixação das pastilhas foi substituída a placa suporte do carburador, 
conforme Figura 23, por uma placa pré-dimensionada, que possibilitaria melhor 
posicionamento das pastilhas e a utilização de um maior número de 
componentes, potencializando a captação de energia do sistema. 
 
 
Figura 23 – Placa Original. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Com a nova placa, foi possível a instalação de 16 pastilhas e dois 
dissipadores de calor para resfriamento da parte superior do sistema. Nessa 
20 
 
peça foi confeccionada a furação conforme a placa antiga, com o objetivo de fixá-
la exatamente na mesma localização da anterior. O sistema completo pode ser 
visualizado na Figura 24. 
 
 
Figura 24 – Projeto módulo Peltier. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Para potencializar o sistema de resfriamento da parte superior das 
pastilhas, foi direcionado o fluxo de ar frio, proveniente da turbina para os 
dissipadores de calor. Dessa forma a diferença de temperatura do lado quente 
para o lado frio da pastilha se torna maior e constante. 
Com a montagem do sistema concluída realizamos os testes finais de 
funcionamento das pastilhas. Com o sistema da turbina desligado, ou seja, 
considerando apenas a energia fornecida pelas pastilhas, foram gerados 2 volts. 
 
3.4 Montagem do turbo compressor 
 
 O ponto inicial para a instalação do turbo compressor e do gerador elétrico 
foi a busca pelos materiais necessários e a usinagem de peças que seriam 
utilizadas para fixação e suporte do sistema. A turbina conforme figura 25, uma 
das partes principais do projeto, foi doado pela oficina Javali Preparações. Houve 
a necessidade de uma pequenaadaptação, em relação ao coletor do veículo. 
21 
 
 
Figura 25 – Turbina 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Para a união das peças havia quatro furos para passagem de parafusos, no 
entanto, as distâncias entre centros dos furos da turbina não eram compatíveis 
com o coletor, inviabilizando a montagem. Inicialmente foi analisada a 
possibilidade de preencher com solda os furos existentes e posteriormente a 
usinagem da nova furação. Essa possibilidade foi descartada, já que o material 
utilizado no coletor é ferro fundido. 
Sendo assim, procedeu-se da seguinte forma: foram aproveitados os furos 
já existentes e foram confeccionadas quatro roscas W ½”. Usinaram-se quatro 
peças no mesmo material e com as mesmas dimensões dos furos. Realizou-se 
a montagem, tampando os furos existentes, faceando-se o coletor com o objetivo 
de que as peças não ficassem visíveis ou atrapalhassem a montagem final. Feito 
isso, usinou-se a nova furação conforme o coletor do veículo. 
Em relação ao gerador de energia que foi acoplado a turbina, inicialmente 
seria verificada a possibilidade de utilizar um motor DC com caixa de redução, 
tensão 24 volts e 35 rpm, conforme figura 26, que pertencia a um integrante do 
grupo. No entanto foi verificado que por conta da caixa de redução, esse motor 
ofereceria uma resistência muito elevada em relação ao giro da turbina, 
prejudicando assim o sistema de captação de energia. 
22 
 
 
Figura 26 – Motor inviável. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Sendo assim foi selecionado um motor com menor torque e maior 
capacidade de geração de energia. Esse modelo de motor é muito utilizado em 
aeromodelos e drones, por possuir alta rotação e baixo peso. O modelo 
escolhido foi o E-MAX CF2822, conforme figura 27, que possui uma rotação de 
1200 kV. 
 
 
Figura 27 – Motor elétrico final. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Nessa unidade de medida, k representa as rotações por minuto do motor. 
Ou seja, para cada 1200 rpm o motor gera 1 volt, dessa forma potencializou-se 
a captação e conversão de energia. No entanto, nesse momento do trabalho 
ainda não era conhecido o limite do motor. Esse ponto foi analisado após a 
montagem final. 
23 
 
O sistema de lubrificação da turbina, assim como o sistema de 
escapamento, o coletor e a tubulação da saída de ar da turbina foram 
comprados. Já com todos os itens necessários, dimensionou-se o projeto 
conforme Figuras 28 e 29 respectivamente, com o objetivo de confeccionar os 
desenhos técnicos para produção das peças de suporte e sustentação do 
sistema. A turbina foi elaborada no programa Solid Edge, 2017. 
 
 
Figura 28 – Projeto Sistema Turbina. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
 
Figura 29 – Projeto Sistema Turbina (Interno). 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Já dimensionadas e usinadas as peças necessárias, realizou-se a 
montagem externa do sistema, conforme Figura 30. Dessa forma para 
possibilitar os testes finais, era necessário apenas acoplar o sistema no veículo. 
24 
 
 
Figura 30 – Montagem Sistema Turbina 3. 
Fonte: Autor, 2017. 
 
Para realização do acoplamento do sistema no veículo algumas adaptações 
foram necessárias. Primeiramente houve a necessidade de substituição do 
cárter para montagem do sistema de lubrificação da turbina. Outro ponto foi a 
construção do novo sistema de escapamento, já que houve a substituição do 
coletor original do veículo. 
Realizadas todas as adaptações foi iniciada a montagem do sistema de 
captação de energia no motor do veículo. Posicionou-se o conjunto e foi feita a 
junção de forma que possibilitaria fácil acesso aos fios de saída de energia 
elétrica, como pode ser observado na Figura 31: 
 
 
Figura 31 – Posicionamento da Turbina 
Fonte: Autor, 2017 
25 
 
 
Finalizada a montagem geral do conjunto, colocou-se o sistema em 
funcionamento para medição da quantidade de energia gerada. 
Desconsiderando os módulos de peltier, ou seja, somente com o sistema da 
turbina ligado, geramos 15 V nos momentos em que o motor foi mantido em alta 
rotação. 
. 
 
4 CONCLUSÃO 
 
Como conclusão é apresentado detalhadamente a quantidade de energia 
gerada por ambos os sistemas. Primeiramente foi analisada a quantidade de 
energia gerada pelo sistema de captação de energia térmica proveniente do 
módulo de Peltier. Com base nos resultados foi confeccionado um gráfico da 
tensão gerada em função do tempo, conforme Figura 33. 
 
 
Figura 33 – Tensão - Tempo (Módulos de Peltier) 
Fonte: Autor, 2017. 
 
É importante ressaltar que, com o tempo igual a 12 minutos, a ventuinha 
do veículo foi acionada pela primeira vez, resfriando o motor e gerando assim 
uma queda de tensão. 
Com o tempo igual a 14 minutos, novamente o sistema de resfriamento é 
acionado, porém dessa vez foi observado que a temperatura do suporte no qual 
se encontram as pastilhas se mantém constante. Dessa forma não há queda de 
tensão, sendo que a mesma mantém o mesmo valor, conforme pode ser 
observado no gráfico. 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
T
E
N
S
Ã
O
 (
V
O
L
T
S
)
TEMPO (MIN)
Tensão - Tempo (Peltier)
26 
 
Como as pastihas trabalham em função da temperatura do motor, também 
foi elaborado o gráfico que mostra essa relação, conforme Figura 34. 
 
 
Figura 34 – Tensão – Temperatura (Módulos de Peltier) 
Fonte: Autor, 2017 
 
Já em relação ao sistema do turbo compressor, os resultados são 
analisados em função da rotação, levando em consideração que a rotação do 
gerador elétrico utilizado no sistema é de 1200kV e sua eficiência máxima de 
82%. Tomando como base esses dados, foi elaborado o gráfico da tensão 
gerada em função da rotação da turbina, conforme figura 35. 
 
 
Figura 35 – Tensão – Rotação (Turbina) 
Fonte: Autor, 2017 
 
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 27 30 37 41 49 52 58 64 65 70 72 74
T
E
N
S
Ã
O
 (
V
O
L
T
S
)
TEMPERATURA (ºC)
Tensão - Temperatura (Peltier) 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
T
E
N
S
Ã
O
 (
V
O
L
T
S
)
ROTAÇÃO (RPM )
Tensão - RPM (Turbina)
27 
 
Portanto concluimos que a tensão gerada por ambos os sistemas chega 
a 17 volts após 16 minutos de funcionamento do motor e com a rotação da 
turbina igual a 22800 RPM, considerando 2 volts do sistema de captação de 
energia térmica e 15 volts do gerador acoplado ao turbo compressor. O gráfico 
apresentado na figura 36 demonstra a tensão em função da rotação do gerador 
considerando o acréscimo de 2 volts referente ao sistema termoelétrico. 
 
 
Figura 36 – Tensão – Rotação (Módulos de Peltier e Turbina ) 
Fonte: Autor, 2017 
 
Dessa forma foi demonstrado que é possível o aproveitamento de parte 
da energia dissipada em um motor a combustão interna, minimizando o 
desperdício. 
Essa ideia caso tenha um suporte financeiro e apoio de empresas ligadas 
a produção de veículos, automotores pode contribuir fortemente para o 
desenvolvimento de um novo modelo de motor híbrido, impactando diretamente 
na preservação do meio ambiente. 
 
 
 
 
 
 
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
T
E
N
S
Ã
O
 (
V
O
L
T
S
)
ROTAÇÃO (RPM )
Tensão - RPM (Turbina e Peltier)
28 
 
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