KERS

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? E não se confunda, talvez exista uma falsa impressão de que a energia aproveitada pelo KERS é provida diretamente pelo calor gerado na frenagem. Verdadeiramente existe essa co-relação entre essas duas modalidades, 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 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" a propulsão do 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 passa a atuar como freio do veículo, lógica e oportunamente quando o piloto pisa no freio. Além do sistema de recuperação elétrico existe o mecânico e híbrido (detalhes no último link). Na frase anterior colocamos o "arrasto" que atua em um gerador, vamos a explicação detalhada detalha. Os geradores são algo "parecido" 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 ao eixo de rotação. Justamente por esse arrasto que precisamos de tanta “força” para gerar energia elétrica, como numa hidrelétrica com a queda d’água, ou numa usina nuclear com o vapor da caldeira.

Plano de Aula:

Disciplina: Física

Série: 3^a do Ensino Médio

Unidade:	Exoesqueleto
Número de aulas:	4 aulas de 50 minutos
Objetivos específicos:	Pontuar as relações entre os conceitos de força e trabalho. Explorar a física do movimento de rotação e apresentar o conceito de torque. Inserir exemplos de aplicações da área de mecatrônica. Discutir os caminhos seguidos juntamente com a relação social aplicada no desenvolvimento de novas tecnologias.
Conteúdos:	Força Trabalho Rotação Torque Força Elétrica (opcional) Indução Eletromagnética (opcional) Lei de Lens (opcional) Motor Elétrico (opcional)
Desenvolvimento metodológico:
	Introdução	50 min
	Aplicação Médica do Exoesqueleto	50 min
	Aplicação Militar do exoesqueleto	50 min
	Conclusão	50 min

Aula 1 - Introdução:

Vamos abordar a temática do assunto com filmes relacionados e conceitos fundamentais para que você possa se familiarizar com as tecnologias do exoesqueleto e se apropriar de termos como robotização e\ou automatização. Iremos ainda lhe apresentar a sua aplicabilidade através de trechos de alguns filmes:

• Homem de Ferro;
• Homem Aranha;
• Elyse Um;

Clique aqui para assistir o filme da introdução.

Após ter assistido ao vídeo, você e seu grupo deverão realizar uma discussão em torno das seguintes questões:

1. A "força" aparece em alguma cena exibida?
2. O que seria exatamente essa força? Seria algo que se pode "ter"?
3. De onde surgem as forças?
4. Como se realiza trabalho?
5. O que são robôs?
6. Qual a física envolvida na robótica\mecatrônica?

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...