A eficiência de um motor de carro elétrico

O que é o rendimento de um motor elétrico?

O conceito de rendimento, no caso de um motor, refere-se à relação entre a energia útil e a energia total consumida. Ele pode ser expresso em porcentagem. Em um veículo elétrico, estima-se que o rendimento seja de 90%. Isso significa que 10% da eletricidade consumida pelo motor elétrico não foi destinada à sua propulsão, o que é muito pouco. Além desse excelente desempenho, vale ressaltar que um veículo elétrico ou híbrido da Renault conta, ainda, com a frenagem regenerativa, que recarrega a bateria em determinadas fases da condução, levando o rendimento a um valor ainda mais próximo de 100%.

A partir do valor da eficiência, é possível refinar, em particular, a estimativa daautonomia de um veículo elétrico e seu consumo de eletricidade. Quanto maior for a eficiência, menos energia (em quilowatts) será necessário “injetar” a cada recarga para percorrer a distância desejada.

Como calcular o rendimento de um motor elétrico?

Matematicamente, o cálculo do rendimento de um motor elétrico consiste em dividir a quantidade de energia útil pela quantidade de energia consumida inicialmente.

Na prática, as montadoras e os escritórios especializados em desempenho mecânico estimam a eficiência dos veículos (elétricos ou híbridos) levando em conta vários parâmetros, de modo a obter um valor o mais próximo possível da realidade. O processo de medição requer, em primeiro lugar, um teste das condições de carga e da eficiência das baterias para determinar quanta energia é injetada. O carro elétrico, avaliado com base em sua velocidade média e recuperação de energia, é então conduzido em situações do dia a dia, em trajetos coerentes, para determinar o número de quilômetros percorridos com uma única recarga.

A relação entre os dois valores observados explica por que, no setor automotivo, os especialistas consideram que a eficiência de um motor elétrico é de 3 a 4 vezes superior à de um motor a combustão interna a gasolina ou diesel com potência equivalente.

Qual é a diferença entre um motor síncrono e um assíncrono?

Para fazer um veículo elétrico ou híbrido (no modo elétrico, no caso deste último) avançar e fornecer energia elétrica ao motor, este transforma a corrente fornecida pela bateria em um campo eletromagnético que faz girar um rotor responsável pela tração.

O funcionamento de um motor elétrico varia de acordo com o tipo de tecnologia utilizada para gerar esse campo eletromagnético: assim, fala-se em “síncrono” e “assíncrono” para designar as duas categorias de motores mais utilizadas pela indústria.

O motor elétrico síncrono funciona com uma parte estática, o estator, e uma parte rotativa, o rotor. A eletricidade da bateria passa pelo estator, onde é transformada em campo eletromagnético. O rotor — que integra uma bobina de cobre ou um ímã permanente — segue esse campo magnético e começa a girar sobre si mesmo, a uma velocidade proporcional à frequência da corrente elétrica. Essa tecnologia é a mais utilizada atualmente no setor automotivo.

No motor assíncrono, o rotor e o estator não funcionam de maneira proporcional. O estator “arrasta” o rotor em sua rotação com um leve desfasamento: a velocidade do campo magnético rotativo será sempre superior à do rotor.

Motores elétricos síncronos: diferentes tecnologias

Utilizados principalmente no setor automotivo, os motores elétricos síncronos podem ser fabricados com duas tecnologias diferentes: rotores com ímãs ou bobinados.

A primeira categoria incorpora, no rotor, os chamados ímãs “permanentes”. As bobinas presentes no estator ativam sua sensibilidade à força magnética, gerando sua rotação e, consequentemente, a tração do veículo. Essa técnica tem, entre outras vantagens, uma certa densidade de potência e um excelente rendimento em baixa velocidade. Daí sua presença em veículos urbanos leves, como o Dacia Spring, ou como motor elétrico nas motorizações híbridas E-Tech e E-Tech Plug-in da Renault.

Em um veículo com motores de rotor enrolado, uma bobina de cobre substitui o ímã permanente. Essa técnica proporciona, mais uma vez, um excelente rendimento, mesmo em velocidades elevadas, superiores a 100 km/h, o que garante um aumento na autonomia de algumas dezenas de quilômetros. Esse processo é utilizado no motor do Renault ZOE e do Twingo Electric.

O rendimento de um motor elétrico assíncrono

As propriedades físicas do motor elétrico assíncrono explicam por que seu rendimento é ligeiramente inferior ao de seu equivalente síncrono: o “deslizamento”, fenômeno de desfasamento entre o rotor e o estator, é responsável pela diferença entre as duas tecnologias. Os motores “assíncronos” apresentam, assim, um rendimento na faixa de 75% a 80%, contra 90% dos motores “síncronos”.

A melhoria do rendimento dos motores

Os fabricantes e as indústrias estão explorando diversas possibilidades para melhorar o rendimento dos motores de seus carros elétricos. O dimensionamento das peças, o uso de materiais de excelente qualidade e o aumento do fluxo de ar permitem reduzir as perdas. Essas perdas são causadas pelo atrito entre as peças e pela conversão de parte da energia em calor.

Ao volante,a direção econômica, aproveitando a recuperação de energia, reduz o consumo de quilowatts desnecessários e aproxima o motor de seu rendimento máximo.

O rendimento máximo

A eficiência máxima indicada para um motor elétrico ou híbrido corresponde à situação ideal de utilização da energia das baterias para atingir a melhor rotação do motor. A eficiência real de um motor é sempre inferior a esse valor e depende das condições (climáticas, de trânsito e de condução) em que o veículo se encontra.

A eficiência de um motor híbrido

Em um motor híbrido, a presença de um sistema elétrico tende a aumentar o rendimento máximo do veículo, seja ele híbrido recarregável ou não. Isso se deve, em parte, à possibilidade de recarregar as baterias durante as desacelerações e, assim, recuperar energia imediatamente “útil”.

O rendimento de um motor a hidrogênio

Em um carro a hidrogênio, é um motor elétrico síncrono que proporciona a propulsão, com um rendimento comparável ao de um veículo elétrico movido a bateria tradicional. A produção de hidrogênio pela pilha de combustível geralmente reduz ligeiramente o rendimento do veículo, já que parte da energia é transformada em vapor de água.

Conhecer a eficiência de um motor elétrico permite compreender o consumo de energia e os dados relativos à autonomia do veículo.

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