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Veículo poli-híbrido - Energias humana, solar, cinética e eólica trabalhando juntas

Temas polêmicos e atuais como mobilidade urbana, veículos não poluentes, crise de energia, sustentabilidade, entre outros, motivaram-me a finalizar um projeto que começou muitos anos atrás: uma bicicleta e um triciclo movidos com o máximo aproveitamento de energia.

Revista Bicicleta por Adilson dos Santos
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12/08/2015
Veículo poli-híbrido - Energias humana, solar, cinética e eólica  trabalhando juntas
Foto: Adilson dos Santos

Como engenheiro mecânico, sempre me fascinou o domínio, o controle, o entendimento sobre a matéria "energia". Energia, em poucas palavras, é o que move o mundo, é o que move o universo. Desde a criação do universo até o simples alimento nosso do dia a dia. Guerras são deflagradas atrás de energia. O combustível que move seu veículo, a luz elétrica tão necessária e escassa nos dias de hoje, o seu passeio no parque, tudo requer energia.

Mantendo este foco eu tive um sonho. Sonhei com um veículo que transportasse o ser humano com o mínimo de impacto ambiental, a baixo custo, com energia renovável. Um veículo com estas características já existe há séculos, é a bicicleta... Mas, e se nós acrescentássemos neste que é um meio quase perfeito de transporte, um propulsor movido a energia de baixo custo e zero impacto ambiental? Foi daí que surgiu a ideia de projetar uma bike ou um veículo movido a energia solar. Fiz dois projetos, uma bike e um triciclo.

O projeto se tornou possível agora, com o advento de novas placas coletoras de energia solar, leves e de alto rendimento. Há alguns anos, as placas que tínhamos disponíveis no mercado eram fabricadas em sanduíche de vidro temperado, com quadro de alumínio, pesadas e de baixo rendimento, o que na época tornou o projeto inviável.

Sem entrar em detalhes técnicos, o projeto se refere a um sistema propulsor elétrico, alimentado por baterias de lítio que são carregadas pelas placas de energia solar. Mas ao longo do projeto, percebi que há outras energias em jogo, disponíveis e passíveis de aproveitamento, que são a energia cinética, aquela energia característica que todo corpo em movimento tem, e energia eólica, presente constantemente em nosso meio. E não podemos nos esquecer da energia humana, aliás, a principal tração. Surgiu, então, o projeto do veículo poli-híbrido, movido pela energia humana, solar, cinética e eólica, na ordem de importância no projeto.

Vou tentar detalhar cada tipo de energia em poucas palavras:

Energia humana: a bike e o triciclo são equipados com pedal, marchas etc, como uma bicicleta normal, permitindo o "pedalar", aquela propulsão perfeita já usada há muitos séculos pelo ser humano. Ao contrário do que muitos pensam, não é uma energia gratuita. Ao pedalar, o ser humano gasta energia, que terá de ser reposta com alimentos.

Energia solar: uma energia altamente viável, de baixo custo e limpa. A energia solar é captada através de placas, é convertida e armazenada em baterias de lítio (leve e de alta eficiência), para ser utilizada quando necessário, em subidas normalmente. Não é de graça, pois tem um investimento inicial que será diluído ao longo de sua vida útil. E em movimento, receio que não tem duração longa. Para operar, requer sol, ou seja, se torna inoperante à noite e em dias nublados.

Energia cinética: como dito anteriormente, todo corpo em movimento tem uma energia cinética, dependendo da sua velocidade e peso (massa). Agora imagine, em uma descida íngreme, você frear um conjunto de aproximadamente 40 kg (veículo) somado ao do condutor, 80 kg, em um total médio de 120 kg. Haverá uma perda de energia no sistema de frenagem em forma de calor, que será dissipada. E se pudéssemos armazenar esta energia na bateria? Isso é possível. Um motor e um gerador têm projetos semelhantes, e no triciclo estamos explorando este quesito, com um sistema eletrônico chamado de "sistema regenerativo", que converte o motor em gerador ao ser acionado. Ao mesmo tempo em que o conjunto é freado, gera-se energia que é armazenada na bateria. Então, é um sistema perfeito? Ou seja, se em uma descida houver um desnível de 100 metros, por exemplo, é possível em seguida subir 100 metros com a energia acumulada? Teoricamente sim, mas na prática não, devido ao projeto, limitação técnica, diversas situações que impõem perdas de energia... A conta realística implica que, na prática, ao descer 100 metros, consegue-se subir no máximo 10 metros. Isso mesmo, 90% de perda! Infelizmente, a tecnologia disponível para nós, “simples mortais”, não nos permite um sistema eficiente como na Fórmula 1, por exemplo, com o sistema regenerativo de energia "kers", que em alguns segundos, ao frear, acumula 80 cv, usados em seguida na aceleração. É um item a ser desenvolvido e pesquisado para bike.

Energia eólica: nada mais é do que aproveitar o "vento" quando este estiver a favor, na mesma direção de deslocamento. Para tanto, o ideal seria içar uma vela, mas isso iria requerer outros componentes que inviabilizariam a praticidade de deslocamento. A solução foi criar um sistema de suportes utilizados nas placas de energia solar, que ao mesmo tempo em que permitem angulações para melhor captar a energia solar – os chamados ângulos de incidência - também alinham as placas de forma a termos uma pequena área vélica. Dependendo da intensidade do vento, isso ajudará no deslocamento. Quem já pedalou contra o vento forte por longas distâncias sabe a força desta energia!

Desta forma temos o veículo perfeito? Não, ainda temos muito chão pela frente. Tenho um sonho, tenho o projeto, tenho os protótipos. Lembrando o que um professor de projetos disse certa vez, o pior dos projetos sempre será o primeiro, porque ele sempre poderá ser melhorado. Está coberto de razão. Já fiz muitas modificações, muitos testes, mas ainda falta muito, e falta principalmente "investimento".

Dificuldades do projeto

No projeto, os únicos itens que são nacionais são os veículos. Todos os equipamentos, como placas de energia solar, controladores, conversores e suportes são importados. Se formos a fundo, vamos descobrir que até o aço usado na fabricação da bike e do triciclo é importado. Isso nos dá a dimensão do quanto estamos parados no "tempo", do quanto nossa indústria está sucateada e incapaz ou impossibilitada de produzir estes elementos. E sendo importado, o custo destes equipamentos são exorbitantes. 

Portanto, nossa primeira dificuldade é o financiamento do projeto, levando em conta a ausência de investidor e/ou patrocinador. Justiça seja feita, até o momento não procurei por um investidor ou patrocinador.

A dificuldade de acesso a tecnologias, em partes pelos recursos escassos e em partes por inexistir no Brasil, dificulta o aprimoramento do projeto, que será a segunda fase.

Dados Técnicos

Geração de energia solar: três placas coletoras, sendo a frontal com 50 W, teto com 60 W e carreta com 100 watts. Total: 210 watts. Obs: potência de catálogo, considerando carga plena. Na prática, tenho medido 80% de rendimento em boas situações de insolação e posicionamento das placas.

Motor elétrico: motores de cubo. Na bike: 300 watts, com sistema redutor e roda livre (não gira o rotor quando não se está motorando); e no triciclo: motor de cubo direto, 600 watts, com sistema reverso.

Conversor e controlador de carga: converte 18 V x 11A para 42V x 5A.

Acumuladores: baterias de lítio, sendo 36V x 10A na bike, e 36V x 16A no triciclo.

Autonomia: mínimo de 30 km, máximo de 180 km/dia (medidas aproximadas). São tantas as variáveis que fica difícil falar em autonomia, como por exemplo, o quanto você está disposto a pedalar (força humana), a condição de insolação do dia (ausência ou não de nuvens etc), situação topográfica do terreno, vento etc. Portanto, é inviável falar em autonomia sem especificar as condições de variáveis.

Na Prática

Bicicleta reclinada

Estamos usando um motor de baixa potência, de 300 watts. Ele está instalado em uma roda de 20", o que nos dá um torque maior, situação necessária devido sua baixa potência. A velocidade máxima motorando é de 22 km/h, 25 km/h no plano sem vento contra. A velocidade é baixa, no entanto, o objetivo é utilizar o motor apenas em subidas, mantendo uma velocidade média em torno de 25 a 30 km/h. Considerando que a velocidade média quando em deslocamento normal de cicloviagem é em torno de 15 km/h, temos um bom ganho. O consumo é baixo, 300 watts, o que permite utilizar uma bateria menor e um conjunto leve. No cômputo geral, considerando um ambiente favorável, tem-se um ganho de 200 watts, e um consumo de 300 watts. No entanto o ganho é constante, repito, considerando um ambiente favorável, ausência de nuvens, e o gasto é sazonal, ou seja, somente em subida. Desta forma a conta "fecha".

Triciclo

Motor de 600 watts, o que nos dá um bom torque e boa velocidade, no entanto, o motor e a bateria (mais potente) impõem peso maior ao conjunto. Velocidade máxima de 38 km/h, porém, não é aconselhável devido sua instabilidade. No caso de mudanças bruscas de direção, devido aos três pontos de apoio, não é possível a inclinação e consequente compensação, como é o caso da bike, e desta forma temos o risco de uma capotagem. É preciso usar o “jogo de corpo” para compensar. Mas com a velocidade cruzeiro de 30 km/h é possível ter boa segurança. A forma em que o corpo apoia e o assento telado dá grande conforto e baixo arraste aerodinâmico, permitindo ganhar em quilometragem percorrida.

Próximas etapas

Vamos entrar em fase de testes, em tiros curtos de 200 a 300 km, para verificar a consistência do projeto e resistência do equipamento, para depois projetar algumas viagens mais longas. O objetivo é afinar, melhorar o projeto para preparar quem sabe a travessia do Brasil de Norte a Sul: do Oiapoque ao Chuí.  

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