Veículos eléctricos. Características e tipos de motores

Os impactos ambientais e económicos dos combustíveis fósseis têm uma forte proveniência do sector dos transportes. Este facto tem motivado, nas últimas décadas um aumento do desenvolvimento dos veículos eléctricos, principalmente, das soluções híbridas. Tais desenvolvimentos resultam da integração de diversos domínios da engenharia, sendo de destacar os novos materiais e concepções de motores eléctricos, a electrónica de potência, os sistemas de controlo e os sistemas de armazenamento de energia. Neste artigo procura‐se apresentar as principais características dos sistemas de propulsão eléctrica actuais. Começa‐se fazer uma comparação entre os veículos eléctricos e os convencionais, baseados nos motores térmicos de combustão interna. Pela sua importância, é feita uma referência sucinta aos sistemas de armazenamento de energia. São comparadas as características da propulsão eléctrica e térmica, sob a perspectiva das exigências dos sistemas de tracção. São referidos os principais tipos de sistemas de propulsão eléctrica (motor, conversor e controlador), vantagens e desvantagens relativas. Por último, uma abordagem acerca das tendências futuras dos veículos eléctricos.

Estruturas e características de veículos híbridos e eléctricos

Nas últimas décadas tem-se assistido a um forte desenvolvimento dos veículos eléctricos, sobretudo das soluções híbridas, como resposta aos impactos ambientais e económicos dos combustíveis fósseis. Os desafios que se colocam no campo da engenharia são múltiplos e exigentes, motivados pela necessidade de integrar diversas áreas, tais como, novos materiais e concepções de motores eléctricos, electrónica de potência, sistemas de controlo e sistemas de armazenamento de energia. Neste artigo procura-se apresentar as principais características dos veículos híbridos eléctricos (VH) e dos veículos puramente eléctricos (VE). Começa-se por uma breve referência à origem e evolução destes veículos. Segue-se uma abordagem às diferentes configurações de VH e VE – principalmente no que se refere aos sistemas de propulsão e armazenamento de energia–,realçando as suas vantagens e desvantagens. Por fim, referem-se alguns dos factores mais relevantes para a evolução tecnológica e aceitação destes veículos.

Utilização racional de energia eléctrica em instalações industriais. O caso da força motriz

A produção de energia mecânica, através da utilização de motores eléctricos, absorve cerca de metade da energia eléctrica consumida no nosso País, da qual apenas metade é energia útil. Este sector é, pois, um daqueles em que é preciso tentar fazer economias, prioritariamente. O êxito neste domínio depende, em primeiro lugar, da melhor adequação da potência do motor à da máquina que ele acciona. Quando o regime de funcionamento é muito variável para permitir este ajustamento, pode‐se equipar o motor com um conversor electrónico de variação de velocidade. Outra possibilidade é a utilização dos motores “ de perdas reduzidas” ou de “alto rendimento”, que permitem economias consideráveis.

Elevadores. A evolução da máquina elétrica

Como seriam as nossas cidades hoje, sem elevadores? Os prédios teriam apenas 3 a 4 pisos e uma grande parte da arquitetura do século 19 não poderia ter sido realizada. A construção em altura como a conhecemos hoje não teria sido possível. Para que fosse possível chegar ao nível de sofisticação das soluções de tração hoje utilizadas em elevadores, muitas diferentes fases tiveram de ser vencidas. Nos primórdios da indústria de elevadores em finais do século 19, foram instalados os primeiros elevadores com máquinas a vapor. Assim, em 1857 foi instalado em Nova Iorque, num edifício na esquina da Broadway e Broome Street, o primeiro elevador de pessoas, com um sistema de tração a vapor. Com o surgimento da eletrificação das cidades e dos motores eléctricos, as máquinas a vapor rapidamente caíram em desuso como sistema de tração para elevadores. Apesar de hoje ainda serem utilizados outros sistemas de tração, como por exemplo sistemas hidráulicos, no presente artigo iremos abordar apenas a evolução da máquina elétrica nos elevadores.

Ascensores. Optimização energética

Segundo um estudo recente da União Europeia , o sector dos edifícios será responsável por cerca de 40% do consumo total de energia neste espaço geográfico. Cerca de 70% do consumo de energia deste sector verificarse‐ á nos edifícios residenciais. Em Portugal, mais de 28% da energia final e 60% da energia eléctrica é consumida em edifícios. Por forma a dar cumprimento ao Protocolo de Kyoto, no qual se definiu uma drástica redução da emissão de CO2, a Comunidade Europeia emanou várias directivas que se relacionam directa ou indirectamente com a temática da utilização de energia. As mais importantes são entre outras, a Directiva 2002/91/CE de 16 de Dezembro de 2002 ‐ “EPB ‐ Energy Performance of Buildings” (Desempenho Energético de Edifícios) , transposta parcialmente para o direito nacional pelo Decreto‐Lei nº 78/2006 de 04 de Abril, e a Directiva 2005/32/CE de 06 de Julho de 2005 – “EuP – Energy Using Products” (Requisitos de concepção ecológica dos produtos que consomem energia). Os ascensores não são referidos explicitamente nestas duas directivas, quando se aborda a temática do aumento da eficiência energética. Na Directiva EPB são referidos essencialmente equipamentos técnicos dos edifícios como sistemas de aquecimento, climatização e iluminação, bem como sistemas de isolamento térmico dos edifícios. Na EuP, por sua vez, também não se indicam especificamente os ascensores, embora sejam referidos por exemplo motores eléctricos, que farão parte integrante de um ascensor. De acordo com um estudo da S.A.F.E – “Agência Suiça para a Utilização Eficiente da Energia”, realizado em 2005, os ascensores podem representar uma parte significativa do consumo de energia num edifício (o consumo energético de um ascensor poder representar em média 5% do consumo total de energia de um edifício de escritórios). Na Suiça estima‐se que o somatório do consumo de energia dos cerca de 150.000 ascensores instalados represente cerca de 0,5% do total de 280 GWh de consumo energético do país. A redução do consumo de energia nos edifícios poderá ser obtida através da melhoria das características construtivas, reduzindo dessa forma as necessidades energéticas, através de medidas de gestão da procura, no sentido de reduzir os consumos na utilização e através do recurso a equipamentos energeticamente mais eficientes. No preâmbulo da Directiva EuP refere‐se que “a melhoria da eficiência energética – de que uma das opções disponíveis consiste na utilização final mais eficiente da electricidade – é considerada um contributo importante para a realização dos objectivos de redução das emissões de gases com efeito de estufa na Comunidade.” Daí que seja importante estudar também a optimização energética de ascensores. No presente artigo será apresentado um resumo do estudo sobre o consumo energético realizado a uma amostra composta por 20 ascensores eléctricos instalados pela Schmitt‐Elevadores, Lda. em Portugal. Para a determinação do consumo anual de energia a partir dos dados obtidos, foi utilizado um modelo, desenvolvido com base na norma alemã VDI 4707:2009. Com base nos dados obtidos foram então identificadas diversas hipóteses de optimização, que poderão e deverão ser implementadas.

Accionamentos eficientes de força‐motriz. Nova classificação

Os motores eléctricos, particularmente o motor assíncrono de indução, são o tipo de máquina mais utilizada na indústria em virtude da sua grande versatilidade, gama de potências, robustez, duração, reduzida manutenção, baixa poluição, facilidade de produção e custos de aquisição relativamente baixos. Como qualquer máquina, o motor eléctrico, responsável pela conversão de energia eléctrica em mecânica, apresenta perdas. O rendimento (ou eficiência) é definido como sendo a razão entre a potência de saída (ao nível do veio de saída do accionamento) e a potência eléctrica absorvida à entrada. A produção de energia mecânica, através da utilização de motores eléctricos, absorve cerca de 60% da energia eléctrica consumida no sector industrial do nosso País, da qual apenas metade é energia útil. Este sector é, pois, um daqueles em que é preciso tentar fazer economias, prioritariamente. Os sistemas de accionamentos têm que ser abordados como um todo, já que a existência de um componente de baixo rendimento influencia drasticamente o rendimento global. O êxito neste domínio depende, em primeiro lugar, da melhor adequação da potência do motor à da máquina que ele acciona. Quando o regime de funcionamento é muito variável para permitir este ajustamento, pode‐se equipar o motor com um conversor electrónico de variação de velocidade. Outra possibilidade é a utilização dos motores “ de perdas reduzidas”, de “alto rendimento”, ou “elevada eficiência”, que permitem economias energéticas consideráveis. Nos últimos anos, muitos fabricantes de motores investiram fortemente na pesquisa e desenvolvimento de novos produtos com o objectivo de colocarem no mercado motores mais eficientes. O acordo voluntário obtido em 1999 entre a CEMEP (Associação Europeia de Fabricantes de Motores Eléctricos) e a Comissão Europeia sobre o rendimento de motores de 2 e 4 pólos, na gama de potências 1,1 a 90 kW, foi revisto em 2004. Os motores foram classificados de acordo com o seu rendimento: ‐ EFF1 – Motores de alto rendimento; ‐ EFF2 – Motores de rendimento aumentado; ‐ EFF3 – Motores sem qualquer requisito especial. No seguimento da directiva "Eco‐design Directive (2005/32/CE) “ publicada em 2005 para Produtos que consomem energia (EUP), a Comissão Europeia aprovou em Julho de 2009 um regulamento de aplicação dos requisitos de concepção ecológica para os motores eléctricos, com efeitos a partir de meados de 2011, dando aos fabricantes de cerca de 2 anos para garantir que seus produtos cumprem a referida directiva. O lote 11 da Directiva EUP (Energy Using Products) descreve as orientações de design, a compatibilidade ambiental, o impacte ambiental e o consumo de energia de máquinas / motores eléctricos rotativos de alto rendimento. A directiva abrange os motores de 2, 4 e 6 pólos, na gama de potências de 0,75 a 375 kW. Neste âmbito, os motores passam a ser classificados por: ‐ IE1 (igual a EFF2) – com utilização proibida; ‐ IE2 (igual a EFF1) – com utilização obrigatória; ‐ IE3 (igual a Premium) – com utilização voluntária; ‐ IE4 (ainda não aplicável a accionamentos assíncronos).

Reorganização dos componentes neuro-motores com influência na marcha em indivíduos com lesão do sistema nervoso central - impacto funcional

Objectivo: Avaliar o impacto qualitativo de um programa de intervenção em fisioterapia, segundo o Conceito de Bobath, nas actividades e participação de dois indivíduos com lesão do Sistema Nervoso Central. Avaliar as modificações no comportamento da actividade muscular ao longo da fase de apoio do ciclo da marcha, na força de reacção ao solo e respectiva contribuição muscular. Metodologia: A avaliação realizou-se antes e após um programa de intervenção, segundo a abordagem do Conceito de Bobath, através da Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e Saúde, electromiografia, plataforma de forças e máquina fotográfica. Resultados: Obteve-se melhorias na restrição da participação e na limitação da actividade. Verifica-se uma tendência de modificação do comportamento muscular ao longo da fase de apoio e na componente antero-posterior (Fy), mais evidente no mecanismo de aceleração. A mudança na contribuição muscular para a este mecanismo é mais evidente. Conclusão: O programa de intervenção, segundo o Conceito de Bobath, induziu mudanças positivas quanto à funcionalidade dos indivíduos, reflectindo-se na possibilidade de reorganização dos componentes neuro-motores em indivíduos com lesão do Sistema Nervoso Central.

Análise dos padrões motores utilizados no desempenho de uma tarefa funcional, com recurso ao BioStage®, em crianças com 9 a 10 anos de idade, e seu contributo para a terapia ocupacional

O estudo do comportamento motor, nomeadamente as áreas do desenvolvimento e controlo motor, têm permitido fundamentar a prática da terapia ocupacional, proporcionando um entendimento mais abrangente de aspetos relacionados com a análise de movimento. Todavia, o processo de análise de atividades, por norma, é realizado de forma empírica, principalmente devido à carência de métodos que avaliem de forma objetiva e precisa o comportamento motor e, consequentemente, os movimentos realizados no desempenho de atividades. Neste sentido, este estudo pretendeu encontrar padrões motores em crianças entre os nove e os dez anos de idade, com desenvolvimento normal, que traduzam o desempenho de uma tarefa motora funcional, com recurso ao sistema de captura e parametrização do movimento em tempo real BioStage®. Por outro lado, tentou-se perceber se o sistema poderia revelar-se um contributo para a prática da terapia ocupacional, possibilitando a obtenção de dados que possam ser utilizados na clínica. As tarefas selecionadas para análise foram os cinco lançamentos propostos pelo Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency, que consistem no lançamento por baixo uni e bilateral, lançamento ao chão uni e bilateral e lançamento ao alvo (unilateral). Os resultados encontrados apontam que aos nove e dez anos existem padrões motores similares entre as crianças, no entanto ainda se nota uma ligeira variabilidade no comportamento. Aferiu-se, também, que a idade, sexo e prática de exercício físico podem influenciar os padrões utilizados, estando de acordo com a literatura. O sistema BioStage® mostrou-se uma ferramenta eficaz para a análise de movimento, providenciando informação detalhada sobre o comportamento motor das crianças, no decorrer das tarefas. Deste modo, pode ser uma mais-valia para a prática da terapia ocupacional, podendo contribuir para uma análise de atividades mais precisa, objetiva e fundamentada.

Modelo generalista de páginas Web para motores de pesquisa com interface 3D

Web tornou-se uma ferramenta indispensável para a sociedade moderna. A capacidade de aceder a enormes quantidades de informação, disponível em praticamente todo o mundo, é uma grande vantagem para as nossas vidas. No entanto, a quantidade avassaladora de informação disponível torna-se um problema, que é o de encontrar a informação que precisamos no meio de muita informação irrelevante. Para nos ajudar nesta tarefa, foram criados poderosos motores de pesquisa online, que esquadrinham a Web à procura dos melhores resultados, segundo os seus critérios, para os dados que precisamos. Actualmente, os motores de pesquisa em voga, usam um formato de apresentação de resultados simples, que consiste apenas numa caixa de texto para o utilizador inserir as palavras-chave sobre o tema que quer pesquisar e os resultados são dispostos sobre uma lista de hiperligações ordenada pela relevância que o motor atribui a cada resultado. Porém, existem outras formas de apresentar resultados. Uma das alternativas é apresentar os resultados sobre interfaces em 3 dimensões. É nestes tipos de sistemas que este trabalho vai incidir, os motores de pesquisa com interfaces em 3 dimensões. O problema é que as páginas Web não estão preparadas para serem consumidas por este tipo de motores de pesquisa. Para resolver este problema foi construído um modelo generalista para páginas Web, que consegue alimentar os requisitos das diversas variantes destes motores de pesquisa. Foi também desenvolvido um protótipo de instanciação automático, que recolhe as informações necessárias das páginas Web e preenche o modelo.

Despacho óptimo em sistemas eléctricos de energia isolados

A gestão dos sistemas eléctricos de energia assume um papel fundamental a vários níveis. Desde logo, o bom funcionamento (qualidade e continuidade de serviço) e a segurança da exploração apenas são conseguidos com um bom planeamento. Outro ponto importantíssimo é o aspecto económico. A este nível, os sistemas eléctricos representam um peso importante nas economias nacionais, uma vez que a energia é o motor do desenvolvimento. Nos tempos que correm, o aparecimento de grandes potências tem agitado os mercados energéticos, fazendo com que o preço dos produtos energéticos atinja máximos históricos. No primeiro capítulo deste trabalho, é feita uma introdução onde se apresenta e contextualiza o Despacho Óptimo na gestão global dos sistemas eléctricos de energia e como estes evoluíram nos últimos anos. O problema do Despacho Óptimo e todas as condicionantes/variáveis inerentes à sua resolução são aprofundados no capítulo 2. Primeiramente desprezando as perdas de transmissão das linhas, e depois com a sua contemplação. É, também, apresentado o métodos dos multiplicadores de Lagrange aplicado a este problema. No capítulo 3 é feita uma resenha da evolução dos métodos utilizados para a resolução do Despacho Óptimo, fazendo-se a destrinça entre os métodos clássicos e os mais recentes métodos heurísticos. A evolução que se tem verificado ao longo dos anos nos métodos utilizados, assim como o recurso ao cálculo computacional, devem-se à crescente complexidade dos Sistemas Eléctricos e à necessidade de rapidez e precisão nos resultados. Devido ao facto das centrais de produção de energia eléctrica funcionarem, não só com recurso a matérias-primas mas também através de recursos naturais que não têm um custo de aquisição, mas que não têm uma disponibilidade constante, existe a necessidade de se fazer uma gestão criteriosa na conjugação dos diversos tipos de produção. Como no nosso pais a grande alternativa às centrais térmicas são as hídricas, no capítulo 4 é apresentado o problema da coordenação hidro-térmica. No capítulo 5 é exposta a ferramenta computacional desenvolvida para a resolução do despacho óptimo com e sem perdas, que consiste num programa elaborado com o “software MatLab”. Este trabalho finaliza com um capítulo de conclusões.

Sistema de treino para pilotos de parapente

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Aplicação de motores síncronos de ímanes permanentes e motores de indução em veículos elétricos: comparação e perspetivas de evolução

Os sistemas de propulsão baseados em motores síncronos de ímanes permanentes (MSIP) têm sido considerados como a opção mais promissora para os veículos híbridos (VH) e elétricos (VE). A situação atual relativa às reservas e custos dos elementos de terras-raras poderá trazer algumas alterações nesta tendência; a opção por motores que prescindem destes elementos poderá trazer um novo estímulo à aplicação dos motores de indução neste domínio. Este artigo procura apresentar uma análise comparativa entre MSIP e motores de indução (MI) num espectro alargado de velocidades de funcionamento, com especial destaque para os seus desempenhos energéticos. Começa-se por abordar as características gerais de comportamento exigidas aos VE, que definem os múltiplos cenários de funcionamento que poderão ser impostos aos motores. Em seguida, são focadas as principais características de ambas as máquinas, procurando realçar as vantagens e desvantagens mais relevantes, no contexto dos VE. Com base nos regimes de funcionamento a que serão submetidos, analisam-se as diferenças dos rendimentos naturais de ambos os motores. Para os MI é também abordado o importante tema dos algoritmos de minimização de perdas, com vista ao aumento dos rendimentos em regimes de carga onde o desempenho destas máquinas é inferior.

Detecção de avarias em motores assíncronos de indução

O motor assíncrono de indução é, de facto, a máquina actualmente preferida para a grande maioria dos accionamentos, graças à sua fiabilidade, robustez e baixo custo. Dado que ocupa um lugar preponderante no processo produtivo têm‐se desenvolvido diversos métodos de detecção de avarias que permitem diagnosticar qualquer tipo de defeito e quantificar o seu grau de severidade.

Regulação de velocidade em motores de corrente contínua

Uma grande parte das aplicações em que se utiliza força motriz beneficiaria, em termos de consumo de energia elétrica e de desempenho global, se a velocidade do motor se ajustasse às necessidades do processo. Existem muitas aplicações em que é necessário regulação e controlo de velocidade, como em máquinas ferramentas, ventoinhas, elevadores, veículos de tração elétrica, entre outras.