Carros movidos a energia elétrica ainda demorarão para substituir os carros movidos a combustão. As mudanças devem ser cadenciadas porque, por um lado, a eletrificação está em implementação (requer desenvolvimento de vias, formas de geração de energia e infraestrutura para recarga) e, por outro, a indústria automobilística está toda fundamentada na produção dos veículos de combustão interna. Isso implica milhares de empregos, são mais de 8 milhões de postos diretos, no mundo.
Ainda existem aplicações em que os elétricos não conseguem substituir os movidos a gasolina, etanol ou diesel. É o caso dos veículos usados no transporte de cargas e de longas distâncias. Isso porque as baterias ainda pesam muito e têm pouca autonomia (QUATRO RODAS, março de 2018).
Motores elétricos apresentam um rendimento que pode superar 85%, enquanto os a combustão, apresentam rendimentos próximos aos 35% (GESTÃO NO CAMPO, 2018). No entanto, o que tudo indica, é que os motores de combustão evoluirão nos próximos anos, melhorando a eficiência e emissão de produtos tóxicos.
Mas, como funciona um motor a combustão de um carro segundo a termodinâmica? Nesta máquina térmica, o calor quente é cedido pela combustão para produzir o trabalho mecânico, de giro de um eixo, que por sua vez movimenta as rodas. Como não existe nenhuma máquina com um rendimento de 100%, o calor quente não é totalmente transformado em trabalho. Parte do calor quente é rejeitado para a fonte fria, através da eliminação de gases e calor para a atmosfera, calor este denominado como frio. A Figura a seguir apresenta um esquema de funcionamento de um motor térmico com relação as energias trocadas, calor e trabalho.
Equações:
K= oC + 273
Considerando o carro de sua família ou de algum conhecido:
a) Informe a potência do motor deste carro em cv e converta para W (watt). 1 cv = 735,5 W
b) Com base na potência calculada no item anterior e em um rendimento de 35%, calcule o calor gerado na combustão que ocorre no motor. Lembre-se que potência é trabalho sobre tempo (P=W/t), então, para efeito de cálculo, considere um tempo de 1 s para cálculo do trabalho.
c) Estime a temperatura quente de combustão. Para isso suponha um motor ideal e, se necessário, considere como a temperatura ambiente a temperatura de sua região neste momento.
Soluções para a tarefa
a) 1 CV = 0,735 W
55 CV = 40, 425 W
b) P=W/t => W = P*t
T=1s W=40,425J
N = 35% (eficiência) = 0,35
N = W/Q => Q= W/N = 40,425/0,35= 115,5 J
c) Motor ideal N = 1 – Tf/Tq
N -1 = - Tf/Tq => Tf/Tq = 1 – N
Tq = Tf/1-n =27(Temperatura ambiente) + 273/1-0,35 = 300/0,65
Tq = 461,5K = 188,5 ºC