Motores de combustao Iinterna

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A EVOLUÇÃO DOS MOTORES ALTERNATIVOS DE COMBUSTÃO
INTERNA FRENTE A ENTRADA NO MERCADO DE MOTORES ELETRICOS.
	As principais diferenças entre os motores atuais para os de 100 anos atrás, estão relacionadas com a segurança, eficiência térmica e o nível de emissão de gases. Por muitos anos as principais pesquisas relacionadas ao tema tinham como propósito o aumento da eficiência térmica, redução de ruídos e de vibrações. Por esta razão, segundo Fergurson e Kirkpatrick (2015), a eficiência dos motores de combustão interna cresceu de 10-20% até o início deste século, e de 20% para valores próximos de 50% nos tempos atuais. A partir da figura abaixo, é possível comprovar essa crescente evolução da eficiência dos motores com o decorrer dos anos.
Figura – Evolução da eficiência do motor.
Fonte: Disponível em: < http://ecen.com/eee30/proptec.htm> Acesso em 08/04/2021.
	Desde a década de 70, atendendo legislações ambientais, são desenvolvidas pesquisas com objetivo de minimizar a emissão de gases poluentes, como o monóxido de carbono, óxido nitroso e hidrocarbonetos. O nível de emissão de gases poluentes dos motores de combustão interna teve uma queda de 5% nos últimos 40 anos, graças ao controle eletrônico e a outros dispositivos. Atualmente, atender os requisitos de emissão é um dos maiores fatores para a escolha de seu design e sua operação. Outro requisito em constante aprimoramento é a otimização do consumo de combustível. 
	Um importante trabalho é o artigo de Zografakis (2005), que desenvolve um modelo matemático para o ciclo Otto que, apesar de simples, apresenta resultados próximos da realidade, modelo de grande potencial pela rapidez e precisão da predição da evolução da temperatura e pressão dentro dos cilindros. Pode-se citar também, o artigo de Eriksson e Andersson (2002), que foca na análise do modelo de pressão do cilindro de um motor de combustão interna. O método é baseado na parametrização do ciclo ideal Otto e leva em consideração a variação do avanço da faísca e a proporção da mistura ar-combustível. O artigo de Pinca-Bretotean et al. (2012), disserta sobre dois métodos para desenvolver o modelo termodinâmico de um motor de combustão interna, um é o Ciclo de Cvasi-Ideal e o outro é o do Ciclo Real. O primeiro método envolve o cálculo do ciclo térmico de Cvasi-Ideal baseado no ciclo teórico, algumas premissas são assumidas para a simplificação e o seu resultado é aproximado. O segundo método é fundamentado na plotagem da variação de pressão nas relações de balanço de energia e o processo de combustão é descrito a partir da lei de Vibes, sendo esse método mais próximo da realidade. O trabalho de Neff(2012), recriou um modelo simplificado de um motor de combustão interna de dois tempos utilizando o método de Euler para a solução das equações diferenciais ordinárias. Segundo o mesmo, os dois fatores que mais afetam o movimento do motor são o fluido de trabalho e as dimensões do pistão ou do volante, e as relações de temperatura, pressão e volume do motor. Por fim, o artigo de Ipci e Karabulut (2015), é baseado no desenvolvimento de um modelo termodinâmico-dinâmico para motores com ciclo Diesel, sendo este mais confiável, fornecendo critérios mais robustos de projeto.
	Durante o período da Segunda Revolução Industrial (século XIX), ocorreram transformações em diversas áreas de tecnologia e desenvolvimento, como por exemplo: o surgimento do primeiro veículo a possuir um motor elétrico em 1837, desenvolvido pelo escocês Robert Davidson, e também a descoberta do primeiro modelo de veículo movido à combustão interna, apresentado no ano de 1885 por Benz (BOTTURA, 1989).
	A ascensão no desenvolvimento dos veículos elétricos e híbridos está diretamente associada à preocupação e o apelo da sociedade com as questões ambientais, uma vez que o setor de transporte correspondeu em cerca de 47 % nas emissões de gases responsáveis por provocar o efeito estufa no ano de 2012 pela produção e o uso de energia no Brasil. Outro fator determinante é a a escassez das reservas de combustíveis fósseis, como o petróleo, e a necessidade de implantação de uma economia sustentável, fundamentada na utilização de fontes de energia renováveis. 
	O veículos elétrico a bateria (VEB) também conhecidos como puramente elétrico e por fazer parte do grupo denominado “emissões zero”, por conta de quase não emitir poluentes atmosféricos em sua utilização, essa classificação usa um conjunto de baterias recarregáveis a partir da rede elétrica ou outra fonte externa de energia, que fornece a energia elétrica necessária ao motor para a locomoção do veículo, podendo ser do tipo veículos plug-in (VEP) ou não. Hoje, esses veículos são produzidos em diversos países em vários nichos de mercado por indústrias tradicionais e novas, como por exemplo: Renault e Tesla, respectivamente. Já o VEH é assim definido por combinar duas fontes de energias distintas para mover o sistema de propulsão: uma fonte de combustível consumível para alimentar um motor de combustão interna e um sistema recarregável de armazenamento de energia sendo utilizado por baterias ou ultracapacitores, denominado RESS. Para suprir o motor elétrico, é necessário que esse último seja recarregado pelo sistema de propulsão híbrida, enquanto o mesmo estiver em movimento ou por uma fonte de energia externa (RASKIN e SHAH, 2006).
	Por volta de 1899 a 1901, fora desenvolvido o primeiro modelo de veículo com configuração híbrida, pela empresa Jacob Lohner & Co Porsche, liderado por Ferdinand
Porsche, esse veículo seria um marco para o início da produção dos veículos movidos a combustão interna junto aos veículos com motorização elétrica, pois esses novos modelos resultariam em uma maior potência e flexibilidade se comparados apenas aos veículos com motores movidos à eletricidade (HYBRID VEHICLE HISTORY, 2005).
	São exemplificados os principais tipos de motores utilizados em veículos elétricos e suas principais vantagens e desvantagens:
Fonte: Adaptado MAGALHÃES (2014).
	Também na figura abaixo pode-se verificar a “eficiência do poço a roda” como é denominado, termo técnico originalmente usado para se referir a toda cadeia de consumo e demanda de um veículo, representa de forma didática o gasto e a eficiência final de um motor a diesel (ciclo diferente ao OTTO) com um motor elétrico.
	Comparado à energia útil de um veículo com motor diesel por um veículo puramente elétrico é obtido uma parcela de eficiência 37, 5%, mostrando o quanto de energia é gasta durante todo o processo até o funcionamento do veículo. Outro fator importante é o que se diz respeito à quantidade de Co² ao qual é emissionado pelos mesmos, enquanto que na refinaria, no caso do veículo elétrico, é por volta de 36% contra 73% do valor que o com motor a diesel é provocado ao meio ambiente (FGV ENERGIA, 2016). 
	Abaixo pode-se analisar a tabela uma relação entre um veículo elétrico/híbridos versus um veículo com motor a combustão interna de mesma categoria.
Fonte: Adaptado CONPET (2018).
	Diante disto tudo, outro fator a ser analisado é referente custo de recarga x custo do combustível. Para se abastecer um carro a combustão em São Paulo, onde a gasolina custa em média R$ 4,31 por litro, o consumidor vai gastar em média 259 reais para completar um tanque de 60 litros. Para abastecer um carro elétrico se utilizar uma tomada comum de 110V-20A, a potência máxima será de 2.200 W. Então se o carro ficou ligado na tomada por 12 horas, por exemplo, o gasto foi de 26,4 kWh, neste caso em que vamos calcular. Em São Paulo, em janeiro de 2021, o preço do kWh é de R$0,85 por hora. Esse valor também pode variar de acordo com a região em que o carro será carregado. Em um cálculo de valor aproximado, o proprietário vai consumir 26,4 KWH a R$0,85 (26,4 kWh x R$0,85), com o preço final da carga custando R$ 22,44 reais por recarga feita nestas condições. Hoje as baterias mais comuns comercializadas nos veículos elétricos têm uma média de 40 kWh a 60 kWh e uma autonomia com bateria em 100% fica em torno de 300 km. Então, nessascondições, se o proprietário for rodar os mesmos 600 km do automóvel a combustão, ele gastará em média R$ 44,88 de energia elétrica.
	A crescente preocupação e o apelo por parte da sociedade por questões pautadas no âmbito ambiental, econômico e social, trazem consigo a necessidade por melhorias em aspectos importantes dentro do panorama brasileiro. Em suma, a introdução e substituição de grande parte da frota de veículos a combustão em um futuro próximo em todo território nacional, vai trazer consigo grandes benefícios para as questões ambientais e sociais, haja visto que haverá a eliminação de boa parte, de forma direta, da poluição atmosférica por gases nocivos por estes emitidos, e que consequentemente compromete a qualidade de vida da população por estarem relacionados a diversos problemas de saúde.
Fontes:
ABVE, Associação Brasileira de Veículos Elétricos. Relatório 2016, 2016. Disponível em: < http://www.abve.org.br/portfolio/relatorio-2016/ > Acesso em: 08 de abr. 2021.
BOTTURA, C.P.; Barreto, G. Veículos Elétricos. Campinas: Editora da UNICAMP, 1989.
ERIKSSON, L.; ANDERSSON,. An Analytic Model for Cylinder Pressure in a Four Stroke SI Engine, jan. 2002. 9.
FGV, Faculdade Getulio Vargas. Caderno Carros Elétricos, 2016. Disponível em: <
https://fgvenergia.fgv.br/publicacao/caderno-de-carros-eletricos> Acesso em: 08 abr. 2021.
HYBRID VEHICLE HISTORY. More than a century of evolution and Refinement, 2005.
Disponível em: <http://www.hybrid-vehicle.org/hybrid-vehicle-history.html>. Acesso em: 08 de abr. 2021.
ICARROS. 2021. Disponível em <https://www.icarros.com.br/noticias/geral/quanto-custa-carregar-um-carro-eletrico-/28839.html> Acesso em: 08 abr. 2021.
KARKAMKAR, A. Effect of Spark Timing on Combustion Process of SI Engines using
MATLAB. Journal of Computer Application, October 2013.
NEFF, C. A Simplified Model of the Internal Combustion Engine. Undergraduate Journal
of Mathematical Modeling: One + Two, 2012.
PINCA-BRETOTEAN, C.; RATIU, S.; STOICA, D. Mathematical Model for Cylinder
Pressure in a Spark Ignition Engine. Annals of Faculty Engineering Hunedoara -
International Journal of Engineering, 2012.
RASKIN, A.; SHAH, S. The emergence of hybrid vehicles: ending oil’s stranglehold on
transportation and the economy. Alliance Bernstein Research on Strategy Change, 2006.
Disponível em: 
<http://www.alliancebernstein.com/CmsObjectCareers/pdf/BlackBook_HybridVehicles_0606.pdf >. Acesso em: 04 abr. 2021.
R. FERGUSON, C.; T. KIRKPATRICK, A. Internal combustion engines: applied
thermosciences. [S.l.]: [s.n.], 2015.
ZOGRAFAKIS, G. Mathematical and Numerical Modeling of Flow and Combustion
Processes in a Spark Ignition Engine, 10 September 2005. 32.