Como os diferentes veículos usam freios regenerativos?
Artwork: Quanta energia os freios regenerativos economizam? Depende do veículo. Os veículos grandes e pesados que se deslocam rapidamente (como os comboios eléctricos) acumulam muita energia cinética, pelo que obtêm a melhor poupança. Embora pesem menos e andem mais devagar, os camiões de entrega que param e arrancam muito também podem fazer grandes poupanças. Os carros variam no que eles podem economizar de cerca de 8 a 15% (dependendo do carro e se ele está dirigindo no trânsito da cidade ou na rodovia aberta). As bicicletas eléctricas são leves e andam bastante devagar, pelo que os travões regenerativos conseguem pouco. Dados: Eu usei valores médios típicos de fontes variadas para comboios (https://goo.gl/J3hZXL), camiões (https://goo.gl/6DRvY5), carros (https://goo.gl/UglXby), e bicicletas (https://goo.gl/N0w7X3)-mas pode bem encontrar valores diferentes noutros locais.
Diferentes veículos usam frenagem regenerativa de diferentes maneiras.
Carros e trens elétricos
Em carros elétricos e híbridos, os freios regenerativos carregam o conjunto de baterias principais, ampliando efetivamente o alcance do veículo entre as cargas. Os comboios eléctricos, que são alimentados por linhas aéreas ou ao longo da via, funcionam de uma forma ligeiramente diferente. Em vez de enviarem energia de travagem para as baterias, voltam-na para a linha de potência. Um trem elétrico moderno típico pode economizar de 15 a 20% de sua energia usando freios regenerativos nesta via. Alguns veículos utilizam bancos de supercapacitores para armazenar energia em vez de baterias.
Bicicletas elétricas
As bicicletas mais elétricas não têm freio regenerativo e ganham pouco ou nenhum benefício com o seu uso. Porquê? Uma bicicleta é um veículo de baixa massa e baixa velocidade, por isso gasta muito menos energia cinética na paragem e arranque do que uma carruagem ou um comboio (um veículo de alta massa e alta velocidade). Além disso, os ciclistas aprendem rapidamente a ser mais inteligentes na forma como param e arrancam. A maioria dos ciclistas usa a energia de forma realmente eficiente, pedalando ou rodando livremente até uma parada, em vez de travar com força, sempre que podem. A menos que você esteja fazendo muitas paradas e arranques e pedalando a velocidades relativamente altas (se você for um trabalhador de entregas, forexample), a energia que você economiza com freios regenerativos em um ciclo elétrico vai ser mínima.
P>Foto: Bicicletas elétricas geralmente não têm freios regenerativos:a menos que você faça muitas paradas e partidas, você não pode economizar energia suficiente para fazê-las valer a pena.
Indeed, freios regenerativos em bicicletas podem na verdade acabar usando mais energia do que economizam. Para funcionar eficazmente, os veículos com sistemas de travagem regenerativa precisam de ter os seus motores eléctricos (normalmente motores de cubo em bicicletas eléctricas) permanentemente ligados e a funcionar como motores ou geradores o tempo todo.Ter o motor ligado o tempo todo significa que a bicicleta pode acabar usando muito mais energia em geral, de modo que os freios regenerativos podem acabar usando mais energia do que economizam! Muitas vezes, os freios regenerativos são adicionados às bicicletas elétricas puramente como amarketing gimmick.
Elevadores
Você pode não pensar em elevadores como veículos elétricos, mas eles certamente são! Otis, um fabricante líder, introduziu em 2011 o primeiro elevador regenerativo, ReGen™, afirmando poupar até 75% da energia normalmente utilizada. Onde um elevador comum desperdiça energia de travagem como calor, o ReGen alimenta-o de volta ao sistema eléctrico do edifício.
Outros tipos de travões economizadores de energia
Rodas volantes
Travões regenerativos podem parecer muito hi-tech, mas a ideia de ter “reservatórios economizadores de energia” nas máquinas não é novidade. Os motores têm usado dispositivos de armazenamento de energia chamados volantes de volante praticamente desde que foram inventados.
P>Foto: O volante de metal pesado ligado a este motor ajuda a mantê-lo em funcionamento a uma velocidade constante. Note que a maior parte da massa metálica pesada do volante de inércia está concentrada em torno do seu aro. Isso dá-lhe aquilo a que se chama um momento de inércia elevado: ele gasta muita energia tanto para o fazer rodar rapidamente como para o fazer abrandar. Esta máquina é uma exposição na sala de motores do museu Think Tank science em Birmingham, Inglaterra.
A ideia básica é que a parte rotativa do motor incorpora uma roda com uma jante de metal muito pesado, e isto acciona qualquer máquina ou dispositivo a que o motor esteja ligado. Leva muito mais tempo para conseguir que um motor com volante gire, mas, uma vez que está à altura da velocidade, o volante armazena uma enorme quantidade de energia rotativa. Um volante pesado a girar é um pouco como um camião que gira à velocidade: tem um grande impulso, por isso pára muito e a mudança de velocidade exige muito esforço, o que pode parecer uma desvantagem, mas na verdade é muito útil. Se um motor (talvez um motor a vapor alimentado por cilindros) fornece potência de forma errática, a roda volante compensa, absorvendo potência extra e compondo fortes tiras temporárias, para que a máquina ou equipamento a que está ligado seja conduzida de forma mais suave.
É fácil ver como uma roda volante pode ser usada para uma travagem regenerativa. Em algo como um ônibus ou um caminhão, você poderia ter um volante pesado que poderia ser engatado ou desengatado da transmissão em momentos diferentes. Você poderia engatar o volante cada vez que você quiser frear de modo que ele absorvesse alguma da sua energia cinética e o trouxesse para uma parada. A principal desvantagem de usar volantes de inércia em veículos em movimento é, naturalmente, o seu peso extra. Eles poupam-lhe energia ao armazenar a energia que, de outra forma, desperdiçaria nos travões, mas também lhe custam energia porque tem de os transportar a toda a hora.
Transmissões avançadas que incorporam volantes de alta tecnologia estão agora a ser usadas como sistemas regenerativos em coisas como carros de fórmula 1, onde são normalmente referidos como sistemas cinéticos de recuperação de energia (KERS).
P>Foto: Um volante magnético de inércia desenvolvido pela NASA para aplicações espaciais. Note, mais uma vez, como a maior parte da massa é concentrada ao redor do aro para alcançar um alto momento de inércia. Foto por cortesia da NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Fluidos hidráulicos e gás comprimido
Outros tipos de sistemas regenerativos armazenam energia comprimindo um gás cada vez que um veículo trava – um pouco como a forma como uma mola de gás numa cadeira de escritório armazena energia quando você se senta nela. A energia pode ser libertada e reutilizada deixando o gás expandir-se (da mesma forma que uma cadeira de escritório liberta energia quando se tira o peso com a alavanca do elevador destrancada). Outros sistemas (incluindo o Ford HydraulicPower Assist ou HPA) armazenam a energia de travagem bombeando fluido hidráulico para um reservatório.
Quem inventou os travões regenerativos?
Agora pode parecer incrivelmente avançado para carros e comboios eléctricos ter travões regenerativos, mas um pouco de pesquisa prova o contrário. A mais antiga patente americana para um trem elétrico regenerativo que eu posso encontrar, Patente americana 714,196: O sistema regenerativo de Martin Kubierschky de Berlim, Alemanha, foi concedido em 1902, com o objectivo de poupar 40 por cento do consumo habitual de energia. Pode ter havido versões anteriores, mas não muitas: a tecnologia regenerativa parece datar da viragem do século XX. O primeiro freio regenerativo de um carro foi desenvolvido pelo francês M.A. Darracq e demonstrado no Salon du Cycle Show em Paris, em 1897.Tal como um sistema regenerativo moderno, ele alimentava a energia de travagem de volta à bateria para alargar o alcance de condução do carro (que era de apenas 48 km ou 30 milhas), mas exigia uma poupança de energia muito surpreendente de 30% (cerca de três vezes mais do que o equivalente moderno).
Para quê?
No entanto, todos os sistemas de travagem regenerativa têm uma coisa em comum – eles ajudam-nos a utilizar a energia de forma mais sensata. In a world where fuel is becoming ever morecostly, and environmental concerns are mountingby the day, that can only be a good thing!
