KERS
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Introdução
Atualmente a formula 1 é uma das modalidades esportivas com maior apelo tecnológico. Apesar da competição entre as equipes, há um enorme interesse da indústria de vários setores, uma vez que o uso de seus dispositivos em carros de corrida torna-se um verdadeiro laboratório de testes para inúmeros componentes e inovações. Depois de idealizados com intuito de melhorar a performance dos carros, muitas inovações tecnológicas acabam incorporadas pelos fabricantes em seus produtos, em especial a indústria automobilística. O KERS é um destes dispositivos. Ele poderá viabilizar considerável economia de combustível nos automóveis. Para que você possa entender o seu mecanismo básico de funcionamento, bem como ele poderá ser útil aos automóveis que circulam pelas ruas, será necessário entender alguns conceitos de física. A seguir, teremos uma breve introdução à estes conceitos.
Energia e suas formas
Uma das ideias mais importantes da física é a de Energia. Levou-se um tempo considerável para que esta ideia fosse totalmente entendida. Atualmente as ideias relacionadas com a energia estão bem estabelecidas e pode-se analisar basicamente todos os processos da natureza em termos de transformações de energia.
O primeiro aspecto importante sobre energia que você precisa saber é que qualquer quantidade de energia não pode ser criada nem destruída. Na natureza já existe uma quantidade de energia disponível. O que observamos a nossa volta são mecanismos de transformação de energia, de uma forma em outra. Em outras palavras, os relações entre os sistemas que nos rodeiam podem ser entendidas sob o ponto de vista de trocas de energia.
Outro ponto importante é saber reconhecer as formas de energia. De maneira direta, podemos dizer que não é essencialmente importante dar uma definição para energia. O mais importante é entender como ocorrem as transformações de energia. Pense a respeito da seguinte questão: por que precisamos nos alimentar todos os dias? Inevitavelmente, dizemos que os alimentos nos mantêm vivos, mas afinal, que uso nosso organismo faz dos alimentos? Vejamos algumas situações:
- Para que sejamos capazes de realizar várias tarefas em nosso dia-a-dia, nosso corpo necessita de energia. Quando caminhamos, usamos nossa musculatura para produzir movimento. Dizemos que o movimento é uma forma de manifestar energia; quando um corpo está em movimento, manifesta energia cinética.
- Todos os músculos de nosso corpo recebem estímulos elétricos oriundos do sistema nervoso para que possam produzir os movimentos. Podemos entender estes estímulos elétricos como a manifestação de uma forma de energia do tipo energia elétrica;
- Quando realizamos atividades que demandam movimento, nosso corpo aquece e para manter a temperatura corpórea liberarmos calor para o ambiente. O calor é outra manifestação de energia, denominada energia calorífica, ou simplesmente calor;
Perceba que somente é possível que a energia se manifeste de alguma forma se houver disponibilidade de energia em alguma outra forma. O que ocorre para que nosso corpo possa manifestar energia cinética (movimentos), energia elétrica (estímulos nervosos) e calor é a disponibilidade de energia em nosso corpo. Esta disponibilidade decorre dos alimentos que ingerimos. Os alimentos constituem uma forma de manifestação de energia do tipo energia química. O organismo humano pode ser interpretado como um agente transformador de energia.
KERS: Sistema de Recuperação de Energia Cinética
CROQUI/rascunho HIPERMIDIA EQUIPE: Fábio Santana, Carlos, Eduardo, Diógenes Becker, Sérgio.
FAVOR NÃO AVALIAR COMO TRABALHO WIKI - CTS
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:
| Modelo: | Componentes | |
| Elétrico: |
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| Mecânico: |
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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.
KERS como parte do sistema de PROPULSÃO:
Acabamos de perceber, que o KERS faz com que o veículo tenha freios "regenerativos". A energia armazenada, será agora utilizada para movimentar o veículo. Note que em determinada etapa do processo, essa mesma energia armazenada era do tipo cinética, e novamente volta a ser energia cinética (energia de movimento). Agora, sendo esclarecido como se dá o carregamento das baterias, vamos à outra parte, utilizar o KERS para aumentar a potência do motor e conseqüentemente a velocidade do F1. Essa parte é mais simples. Atualmente é relativamente fácil produzir um gerador que simultaneamente atue como motor. Isso mesmo, o próprio gerador do KERS, aquele acoplado ao sistema de tração, utiliza a energia que foi armazenada na bateria para aumentar a potência do carro. Tornando-se literalmente um motor extra que o piloto aciona quando deseja fazer uma ultrapassagem. Nesse dado momento o F1 transforma-se no que a indústria automobilística chama de carro híbrido. Movido por dois motores, um a combustão e outro elétrico. Uma diferença para os carros comuns de passeio híbridos, está no fato de geralmente o motor elétrico ser carregado na “tomada”, enquanto no F1, ou veículos que possuem KERS, a bateria é carregada durante a frenagem. O motor/gerador do F1 aumenta, segundo algumas equipes da temporada 2013, em torno de 80 cv a potência do conjunto. Por fim de comparação é como se o piloto apertasse no botão e tivesse a ajuda de um motor de carro 1.0L. O motor a combustão de um F1, gera sozinho, uma potência maior que 650cv.
Assista o vídeo a partir do link abaixo.
Após ter assistido ao vídeo, que mostra resumidamente o posicionamento dos dispositivos que compõe o KERS elétrico em um veículo de F1, você e seu grupo deverão realizar uma discussão em torno das seguintes questões:
- Dê onde "surge" a energia que carrega a bateria?
- O módulo elétrico (gerador) é acionado em que momento?
- Qual a finalidade da energia armazenada na bateria?
- Mesmo com o KERS instalado, esse veículo é denominado híbrido, explique.
Conclusões:
Perceba na parte final do vídeo que para dar espaço aos dispositivos utilizados pelo KERS, o volume do tanque de combustível do veículo diminui. Mesmo com um tanque menor, o veículo alcança a mesma autonomia, o KERS compensa (regenera) a energia utilizada pelo motor á combustão para mover o veículo.
- É crescente a instalação de veículos com KERS em carros de passeio, você concorda com essa implantação?
- O KERS traz apenas "vantagens" para o veículo, qual seria a principal desvantagem?
- Qual o sistema que você colocaria em seu veículo, o mecânico ou o elétrico, explique sua escolha?
- Como o desenvolvimento de baterias mais eficientes afetarão o KERS?
Mais sobre a física na F1, acesse: [1]
