O rendimento 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. Pode ser expresso numa percentagem. Num veículo elétrico, estima-se que o rendimento seja de 90 %. Isto significa que 10 % da eletricidade consumida pelo motor elétrico não foi utilizada para a sua propulsão, o que é muito pouco. Para além deste excelente desempenho, é de salientar que um veículo elétrico ou híbrido da Renault beneficia, além disso, da travagem regenerativa, que recarrega a bateria em determinadas fases da condução, para um rendimento ainda mais próximo dos 100 %.

A partir do valor da eficiência, é possível afinar, nomeadamente, a medição daautonomia de um veículo elétrico e o seu consumo de eletricidade. Quanto maior for a eficiência, menos quilowatts de energia será necessário «injetar» em cada recarga para percorrer o número de quilómetros pretendido.

Como calcular o rendimento de um motor elétrico?

Matematicamente, o cálculo do rendimento de um motor elétrico consiste na divisão da quantidade de energia útil pela quantidade de energia consumida inicialmente.

Na prática, os fabricantes de automóveis e as empresas especializadas em desempenho mecânico estimam o rendimento dos veículos (elétricos ou híbridos) tendo em conta vários parâmetros, de forma 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 a quantidade de energia injetada. O carro elétrico, avaliado com base na sua velocidade média e na recuperação de energia, percorre depois percursos do quotidiano, em trajetos coerentes, para determinar o número de quilómetros percorridos com uma única recarga.

A relação entre os dois valores observados explica que, no setor automóvel, os especialistas consideram que o rendimento de um motor elétrico é 3 a 4 vezes superior ao de um motor térmico a gasolina ou a gasóleo com a mesma potência.

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

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

O funcionamento de um motor elétrico varia consoante o tipo de tecnologia utilizada para produzir esse campo eletromagnético: fala-se, assim, de «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 num campo eletromagnético. O rotor — que integra uma bobina de cobre ou um íman permanente — segue este campo magnético e começa a rodar sobre si próprio, a uma velocidade proporcional à frequência da corrente elétrica. Esta tecnologia é atualmente a mais utilizada no setor automóvel.

No motor assíncrono, o rotor e o estator não funcionam de forma proporcional. O estator «arrasta» o rotor na sua rotação com um ligeiro desfasamento: a velocidade do campo magnético rotativo será sempre superior à do rotor.

Motores elétricos síncronos: diferentes tecnologias

Utilizados sobretudo no setor da indústria automóvel, os motores elétricos síncronos podem ser constituídos por duas tecnologias diferentes: os rotores com ímanes ou os rotores bobinados.

A primeira categoria integra, ao nível do rotor, os chamados «ímãs permanentes». As bobinas presentes no estator ativam a sua sensibilidade à força magnética, provocando a sua rotação e, consequentemente, a tração do veículo. Esta técnica tem, nomeadamente, como vantagem uma certa densidade de potência e um excelente rendimento a baixa velocidade. Daí a sua presença em veículos urbanos ligeiros, como o Dacia Spring, ou como motor elétrico nas motorizações híbridas E-Tech e E-Tech Plug-in da Renault.

Num veículo com rotores bobinados, uma bobina de cobre substitui o íman permanente. Esta técnica proporciona, mais uma vez, um rendimento muito bom, mesmo a velocidades elevadas, superiores a 100 quilómetros por hora, o que garante um aumento da autonomia de algumas dezenas de quilómetros. Este processo está presente no motor do Renault ZOE ou do Twingo Electric.

O rendimento de um motor elétrico assíncrono

As propriedades físicas do motor elétrico assíncrono explicam por que razão o seu rendimento é ligeiramente inferior ao do seu homólogo síncrono: o «deslizamento», ou seja, o fenómeno de desfasamento entre o rotor e o estator, é responsável pela diferença entre as duas tecnologias. Os motores «assíncronos» apresentam, assim, um rendimento da ordem dos 75 a 80 %, contra os 90 % dos motores «síncronos».

A melhoria do rendimento dos motores

Os fabricantes e as empresas do setor estão a explorar várias vias para melhorar o rendimento dos seus motores para automóveis elétricos. O dimensionamento das peças, a utilização de materiais de excelente qualidade e o aumento do fluxo de ar permitem reduzir as perdas. Estas devem-se ao atrito entre as peças e à transformação de uma parte da energia em calor.

Ao volante,a condução ecológica, tirando partido da recuperação de energia, reduz os quilowatts consumidos, mas não úteis, e aproxima o motor do seu rendimento máximo.

O rendimento máximo

O rendimento máximo indicado para um motor elétrico ou híbrido corresponde à situação ideal de utilização da energia das suas baterias, de modo a atingir o melhor regime do motor. O rendimento real de um motor é sempre inferior a este valor e depende das condições (atmosféricas, de trânsito e de condução) em que o veículo circula.

O rendimento de um motor híbrido

Num motor híbrido, a presença de uma componente elétrica tende a aumentar o rendimento máximo do automóvel, quer se trate de um híbrido recarregável ou não. Isto deve-se, em parte, à possibilidade de recarregar as baterias durante as desacelerações e, assim, recuperar energia imediatamente «útil».

O rendimento de um motor a hidrogénio

Num carro a hidrogénio, é um motor elétrico síncrono que permite a propulsão, com um rendimento comparável ao de um veículo elétrico a bateria tradicional. A produção de hidrogénio pela pilha de combustível reduz, em geral, ligeiramente o rendimento do veículo, uma vez que parte da energia é transformada em vapor de água.

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

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