Edição de 14h22min de 23 de outubro de 2013

KERS: Sistema de Recuperação de Energia Cinética

Em inglês: Kinetic Energy Recovery Systems - KERS - Sistema de frenagem/travagem usado no mundo do automobilismo, que recupera uma parte da energia cinética gerada pela desaceleração, em vez de toda esta se perder na forma de calor, ou outras dissipações de energia.

Apesar de ser chamado de sistema, o KERS é na verdade um conceito. Diferentes sistemas podem ser usados para cumprir o objetivo do KERS, que é acumular energia gerada nas frenagens, que seria "desperdiçada", para ser (re)utilizada como propulsão novamente. Os sistemas KERS se apoiam em conceitos de diversas áreas do conhecimento que envolvem tecnologia, mas essencialmente pelo próprio conceito de reaproveitamento de energia, podemos usar a física na tentativa de detalhar e esclarecer o funcionamento desse tipo de equipamento.

Calor na frenagem:

Quando trazemos o assunto KERS, surgem vários questões relevantes sobre o tema, e dentre essas, destacaremos uma interpretação errônea que assombra o conhecimento sobre o funcionamento do KERS. Dê onde surge a energia utilizada pelo sistema?

Como aprendemos, a energia total de um sistema se conserva, a energia não surge, ela se transforma. Logo, uma pergunta pertinente poderia ser, qual o tipo de energia que se transformou na energia utilizada pelo KERS? Talvez exista uma falsa impressão de que a energia aproveitada pelo KERS é provida diretamente pelo calor gerado pelo sistema de freios durante a frenagem. Verdadeiramente existe essa co-relação entre essas duas modalidades de energia, entretanto, devemos considerar algo muito importante, utilizando o KERS, esse calor não é produzido.

Afirmar que: “a energia armazenada nas baterias do KERS provém diretamente do aquecimento do sistema de freio do veículo”, como infelizmente fazem alguns repórteres televisivos, está ERRADO. Vamos trabalhar agora considerando um tipo específico de sistema de recuperação denominado KERS Elétrico. A energia armazenada nas baterias que "alimentam" o KERS provém de um gerador que é acoplado ao sistema de tração do veículo (utilizando como referência o KERS Elétrico da F1). Quando esse gerador é acionado, o "arrasto" inerente aos geradores elétricos passa a atuar como freio do veículo, lógica e oportunamente quando o condutor aciona o freio. Além do sistema de recuperação elétrico existe outro tipo mecânico e ainda um sistema híbrido (detalhes nos vídeos). Anteriormente colocamos a palavra "arrasto", que atua num gerador, vamos a uma explicação mais detalhada. Os geradores são equipamentos "parecidos" com os motores elétricos que todos temos em casa, simplificadamente, funcionado de maneira contrária, transformando energia cinética em energia elétrica. Nesse gerador, durante a transformação de energia cinética em energia elétrica, se impele certo arrasto mecânico (resistência ao movimento) ao eixo de rotação do motor. Justamente para "vencer" esse arrasto precisamos de “grande força” para gerar energia elétrica, como na usina hidrelétrica com a queda d’água ou na usina nuclear com o vapor da caldeira.

Tipos de KERS:

KERS como parte do sistema de FREIO:

Ainda se tratando do sistema KERS utilizado nos veículos de F1, podemos finalmente concluir, que arrasto do gerador no KERS atua como parte do sistema de freio. Este esforço do KERS em parar o veículo atua em conjunto com sistema tradicional de freios do carro. O sistema tradicional de freios é então “aliviado”, pois agora possui um “ajudante”. Quando o KERS é acionado (para carregar), o disco de freio, pelo menos teoricamente, não aquece tanto como quando ele trabalhava sem auxílio do KERS. O alívio nos discos de freio, são apenas na roda traseira, ao qual o eixo do gerador do KERS está ligado. Os discos dianteiros continuam trabalhando “sozinhos”. E vale lembrar que muitas vezes e distribuição de freios num F1 é deslocada para frente. Assim, devemos considerar que devido a altíssima eficiência do sistema de freios tradicional de um carro de F1, a contribuição do KERS para a frenagem é pequena. Essa contribuição, é considerável, quando se trata de veículos de rua, onde o sistema de freios são mais fracos que nos F1.

Aula 2 - Aplicação Médica do Exoesqueleto:

Assista o vídeo a partir do link abaixo.

Após ter assistido ao vídeo do HAL-5, que mostra seu desenvolvimento e como se determina a aplicação do dispositivo na área médica e da saúde, você e seu grupo deverão realizar uma discussão em torno das seguintes questões:

1. Qual a intenção ou motivo que levou a construção desse tipo de equipamento?
2. Você identificou algum movimento de rotação no vídeo?
3. Quais partes do exoesqueleto sofrem rotação?
4. O que são servo motores?
5. Além da aplicação mostrada no vídeo, você acredita que a produção do exoesqueleto robótico poderia contribuir de outras maneiras?
6. Um trabalhador da construção civil poderia utilizar em seu favor esse tipo de equipamento?

Aula 3 - Aplicação Militar do Exoesqueleto:

Assista o vídeo a partir do link abaixo.

Após ter assistido ao vídeo, que mostra projeto militar do exoesqueleto, seu desenvolvimento e como se determina a aplicação do dispositivo nas ações/necessidades militares, você e seu grupo deverão realizar uma discussão em torno das seguintes questões:

1. Qual a intenção ou motivo que levou a construção desse tipo de equipamento?
2. Qual a diferença entre um servo motor e um motor elétrico comum?
3. Como os motores elétricos funcionam, como eles consomem energia?
4. O que é indução eletromagnética?
5. Como são projetados os circuitos elétricos e quais são seus principais componentes (capacitores, resistores e indutores)?

Aula 4 - Discussão final - conclusões:

Após ter assistido aos vídeos sobre duas possíveis aplicações do Exoesqueleto, você e seu grupo deverão realizar uma discussão em torno das seguintes questões. Ao término desta discussão, cada grupo irá expor as suas conclusões perante a classe.

1. Qual seriam os possíveis problemas enfrentados por cada tipo de aplicação?
2. As duas aplicações trazem "vantagens", essas vantagens podem ou poderiam ser compartilhadas por todos?
3. Qual a importância atual do desenvolvimento de pesquisa que gere novas tecnologias?
4. Outras questões levantadas pelo grupo...