Uma tendência começa a se consolidar no setor, determinando como serão as próximas gerações de equipamentos presentes nos canteiros de obras e mineradoras do futuro. Em busca de soluções para uma operação sustentável, que reduza o consumo de combustível fóssil e, por consequência, a emissão de poluentes e a queima de recursos naturais não renováveis, os principais fabricantes do setor avançam no desenvolvimento de motorização híbrida para seus equipamentos móveis, mesclando os acionamentos a diesel e elétrico.

Essa movimentação vem sendo observada nas últimas feiras internacionais de equipamentos para construção, onde empresas como a Caterpillar,Volvo, Komatsu e Case Construction apresentam seus avanços nessa área. Ela adquiriu força a partir da última edição da feira Bauma (Alemanha), em 2007, repetindo-se na Conexpo (Estados Unidos), no ano seguinte, e culminando com os lançamentos apresentados na Intermat (França), que se realizou dois meses atrás.

Na busca por alternativas de motorização “limpa”, os fabricantes já apresentam a tecnologia híbrida (diesel/ elétrica) como uma solução comercialmente disponível, embora ainda em testes junto a clientes pré-selecionados. Em comum, eles apontam uma redução no consumo de combustível superior a 10%, dependendo do tipo de equipamento e da operação. Outro ponto em comum é que os primeiros modelos híbridos estão estreando comercialmente no mercado japonês.

Resultados variáveis

No caso da Case Construction, por exemplo, uma escavadeira hidráulica com motorização diesel/elétrica já foi lançada no Japão com tecnologia da Sumitomo, com a qual a controladora da empresa, a CNH, mantém um acordo. Pelas projeções da empresa, o equipamento deverá ser apresentado ao mercado europeu a partir de 2010, já incorporando a marca Case. “Ainda não temos previsão do seu lançamento no Brasil e demais países da América Latina, mas ele deve ocorrer depois da Europa e em conjunto com os Estados Unidos”, afirma Edmar Mendes de Paula, gerente de marketing de produto da empresa para a América Latina.

Segundo ele, os resultados dos testes com a tecnologia apontam uma redução de até 20% no consumo de combustível durante a operação das escavadeiras, o que se traduz em menor emissão de poluentes. “Não podemos quantificar a redução no nível de CO2 e de NOx, pois isso depende do teor de enxofre presente no diesel, que varia de um país para outro.”

Edmar ressalta que os benefícios da tecnologia vão além, já que o motor elétrico trabalha sempre em rotação constante, o que diminui seu nível de ruído. “Mas o motor a diesel não deixa de existir, pois o acionamento elétrico é apenas um auxiliar, que adiciona sua potência durante os giros da máquina.” Por esse motivo, a economia de consumo varia de acordo com a operação, que pode envolver mais giros da escavadeira – como quando ela escava e precisa despejar esse material na caçamba do caminhão, por exemplo – ou menos giros. “Numa operação na qual ela somente escava, a redução será obviamente menor”, diz ele.

A explicação mecânica para isso, segundo o especialista, é simples e se baseia no mesmo princípio adotado pelos carros elétricos que começam a ser fabricados em série na Europa e Estados Unidos. A diferença é que a fonte geradora dessa potência adicional não vem da energia dissipada na frenagem das rodas, como no caso dos automóveis elétricos, e sim da frenagem do giro da máquina sobre seu truck.

Com a instalação de um motor-gerador elétrico nesse ponto do equipamento, a energia dissipada durante a frenagem pode ser convertida em eletricidade e armazenada em baterias ou sistemas de maior capacidade, como bancos de capacitores. Na hora que o operador aciona o giro da escavadeira, o sistema libera a energia armazenada, que pode ser adicionada à potência fornecida pelo motor a diesel.

Projeto pioneiro

O Japão parece ser mesmo o campo de provas para a estréia comercial da tecnologia híbrida de acionamento das máquinas de construção. Em julho de 2008, a Komatsu lançou a escavadeira PC200-8 Hybrid, apresentada ao mercado como o primeiro modelo com motorização diesel/elétrica a entrar em operação comercial no mundo. Na ocasião, a empresa anunciou um lote limitado de unidades para vendas, que ficaram restritas ao mercado japonês. Em março deste ano, a fabricante contabilizava a marca de 30 unidades vendidas no país e, até o momento, não dispõe de um cronograma para seu lançamento em outros mercados.

Durante o lançamento da escavadeira híbrida, Kunio Noji, presidente da Komatsu, descreveu a tecnologia como um sistema composto por motor elétrico de giro, motor-gerador elétrico e bancos de capacitores interligados ao motor a diesel “Comparada com um modelo a diesel da mesma classe de peso, ela oferece reduções médias de 25% no consumo de combustível, podendo chegar a ganhos de até 41%, dependendo do tipo de operação”, ele disse.

As variações no ganho de economia não se relacionam apenas à freqüência de giros durante a operação, mas também em função do material movimentado e de outras variáveis. Segundo testes realizados pela fabricante japonesa, a redução de 41% no consumo de diesel ocorre em serviços de escavação de lama, caindo para 31% nas movimentações de solos e para 30% na remoção de entulhos.

O sistema híbrido lançado pela empresa é semelhante ao descrito pela Case. Ele se baseia na captação da energia dissipada durante a desaceleração do giro da máquina, com sua conversão em energia elétrica e armazenamento em capacitores. Quando o equipamento necessita de mais potência para acelerar o giro sobre o truck, o motor-gerador passa a operar como motor e fornece potência adicional ao motor a diesel.

De acordo com avaliações da Komatsu, esse sistema permite o uso do motor a diesel em uma zona de rotação mais baixa e proporciona maior eficiência à combustão, o que resulta em redução no consumo de combustível e na emissão de poluentes. A fabricante ressalta que, no modelo lançado recentemente, o motor elétrico acoplado ao equipamento permite que o operador acompanhe os fluxos de energia elétrica, bem como o nível de armazenamento e o reaproveitamento da eletricidade.

Carregadeira híbrida

Diferentemente da Case Construction e da Komatsu, o enfoque da Volvo Construction Equipment (VCE) no desenvolvimento de máquinas híbridas está voltado para o segmento de pás carregadeiras, no qual o princípio se assemelha mais ao dos veículos elétricos. A empresa apresentou o sistema, instalado no modelo L220F, durante a última edição da feira Conexpo, em 2008.

A carregadeira em questão conta com gerador de ignição (ISG) integrado entre o motor e a transmissão, acoplado a uma bateria de alta capacidade de armazenamento. Como esse tipo de equipamento opera cerca de 40% do tempo em marcha lenta, o sistema desliga automaticamente o motor a diesel quando ele está nessa condição ou parado, podendo religálo imediatamente e atingir a rotação de trabalho necessária em fração de segundos. Com isso, ele aproveita a energia armazenada na bateria, que é recarregada quando o motor a diesel entra em operação.

Segundo a fabricante, o ganho também se deve ao fato de que o motor elétrico, que oferece um torque de até 700 Nm, poupa o motor a diesel da necessidade de operar com maior giro para se obter máxima força em determinadas tarefas, como o ataque a uma pilha, por exemplo. A tecnologia encontra-se em fase de teste em quatro protótipos da L220F, realizados simultaneamente na Europa, Ásia e Estados Unidos. A Volvo planeja seu lançamento comercial em 2012, quando o equipamento começará a ser produzido na Suécia para atendimento aos demais mercados internacionais.

Segundo Boris Sanchez, gerente de produtos da VCE para os segmentos de carregadeiras e caminhões articulados, esses modelos são o que a empresa classifica como a primeira geração de equipamentos híbridos, cujos resultados apontam uma redução de 10% no consumo de combustível. “Já estamos trabalhando no desenvolvimento de uma segunda geração, com o objetivo de obter economias ainda maiores”, diz ele.

Sistema em paralelo

A tecnologia, explica Sanchez, é baseada num sistema em paralelo, no qual é possível acionar o motor elétrico e a diesel em momentos alternados. “A máquina tem uma série de sensores que monitoram suas condições e um deles avalia constantemente a rotação do motor a diesel”, ele explica. “Curiosamente, o motor elétrico acoplado a esse equipamento híbrido trabalha em perfeita harmonia com o a diesel, pois ele é ideal para rotações baixas, suprindo uma deficiência natural dos motores tradicionais”.

Ele explica que abaixo de 1.000 rpm (rotações por minuto), os motores a diesel não têm torque eficiente, diferentemente dos motores elétricos, que se caracterizam pela alta eficiência em baixas rotações. Desse modo, a curva de torque da carregadeira passa a ser um misto dos dois motores.

Segundo João Zapelão, gerente de engenharia de vendas da VCE, isso permite o uso de motores de menor cilindrada para a obtenção do mesmo torque para o equipamento. “De acordo com a rotação do motor e a posição do pedal do acelerador, o equipamento sabe se naquela hora é necessário acionar o motor a diesel ou o elétrico”, ele explica. O especialista salienta que em nenhum momento a máquina opera unicamente com o motor elétrico. “Esse motor é auxiliar, trabalhando somente quando o equipamento está em ponto morto, numa fração de tempo entre 30 e 60 segundos depois que o turbo desliga.”

Nesse momento, o sistema desliga o acionamento a diesel e o motor elétrico fica fornecendo carga para o equipamento sozinho. “Mas, assim que o operador da máquina retoma a aceleração, o motor a diesel volta a operar normalmente e, nesse sentido, o acionamento elétrico também adquire a função de motor de partida ao auxiliar a combustão interna”, finaliza Zarpelão.