Velozes raios de Sol

Luiz Guilherme Duarte

Foi dada a partida para mais um grande prêmio automobilístico. Mas desta vez não se ouve o ronco atordoante dos motores nem se vê fumaça no ar, como em qualquer corrida do gênero. Na verdade, os veículos concorrentes não têm cilindros e pistões, nem mesmo escapamentos, já que não queimam combustível — são movidos a energia solar. Trata-se da Grande Prova Mundial do Sol, realizada em 1987 na então recém-pavimentada rodovia Stuart, que atravessa o continente australiano de mar a mar. Da cidade de Darwin, na costa norte, os 25 carros vindos de sete países — Austrália, Dinamarca, Alemanha Ocidental, Japão, Paquistão, Suíça e Estados Unidos — partiram sob o sol intenso do deserto para percorrer os 3 200 quilômetros que levam até Adelaide, na costa sul. O vencedor da competição foi uma idéia: a de que o carro tal qual existe há quase um século, baseado na combustão poluente de matéria fóssil, talvez possa um dia ceder passagem a modelos movidos a energia limpa. Para Hans Tholstrup, um aventureiro australiano defensor das chamadas fontes de energias alternativas, era a realização de um antigo sonho. Em 1983, ele já tinha sido um dos primeiros a construir e dirigir um carro solar, percorrendo os 4 mil quilômetros que separam as cidades de Perth e Sydney. No rastro da publicidade em torno de seu feito, resolveu convocar os maiores fabricantes de automóveis do mundo para uma grande corrida de veículos solares, certo de que isto levaria à pesquisa e desenvolvimento desse tipo de tecnologia.

Os resultados foram melhores do que ele poderia esperar, pois entre os concorrentes estava um superprojeto da multinacional americana General Motors (GM): o Sunraycer — um jogo de palavras que se poderia traduzir livremente por raio de sol corredor (Sun-ray-racer). Em cinco dias e meio de corrida, à velocidade média de 80 quilômetros durante o dia (a ausência de Sol durante a noite obrigava todos a parar), a “barata voadora”, como o carro da GM ficou conhecido devido à carapaça de coletores solares, cruzou a linha de chegada em primeiro lugar, seguido muito de longe pelo protótipo.australiano Ford Model-S, com um dia inteiro de diferença. Ao todo, catorze carros completaram a prova, o último deles um mês depois da largada. Todos ganharam o mérito de colaborar para a pesquisa séria de veículos não poluentes, em particular daqueles movidos por baterias, considerados pelos engenheiros especializados como ideais para o transporte urbano. Mas coube unicamente ao Sunraycer demonstrar que os carros solares podem alcançar uma velocidade respeitável — o máximo atingido foi 112 quilômetros por hora — com quantidades de energia surpreendentemente pequenas. Para atravessar a Austrália de cima a baixo, ele consumiu energia solar equivalente a menos de 20 litros de gasolina. Como boa parte da corrida estava prevista para uma autoestrada. as poucas regras estipulavam apenas os limites para o tamanho dos carros, que deveriam ainda obedecer às leis de tráfego locais, apresentando luzes de freio, indicadores de mudança de direção e espelhos retrovisores.

“Essa liberdade de criação nos permitiu imaginar as mais diversas configurações”, conta um de seus criadores, o americano Paul MacCready, engenheiro mecânico e professor universitário, famoso anteriormente por inventar a bicicleta voadora que atravessou o canal da Mancha, entre a Inglaterra e a França, em 1977. “E, por sinal, a maior parte dos engenhos que imaginamos acabou sendo construída por outros concorrentes”, orgulha-se. Além de uma aerodinâmica que conquistou os especialistas, a forma em lágrima do Sunraycer revelou-se também bastante moderna e esportiva—em suma, algo que o famoso agente 007, certamente pilotaria numa de suas aventuras.

Dos primeiros testes no túnel de vento com um modelo em escala até o protótipo real, fabricado em menos de cinco meses, os engenheiros capricharam no acabamento, incluindo uma tela que substitui o espelho retrovisor convencional, com imagens captadas por fibras ópticas na traseira do carro, e sinalizadores de direção embutidos em pequenas asas estabilizadoras no alto do capô. A parte do teto sobre o motorista foi chapada em ouro, o que garante um reflexo de até 90 por cento da luz, impedindo assim que também o piloto acabasse recebendo os raios do Sol. Para criar um veículo tão notável, entretanto, as limitações técnicas mostraram-se bem maiores que as impostas pelos organizadores da corrida. Os engenheiros da GM tiveram de extrair o máximo desempenho de cada sistema do carro que, afinal, só contaria com o escasso rendimento energético de suas células solares.

Para se ter uma idéia do problema enfrentado, basta dizer que as células fotovoltaicas de silício, comumente usadas nos satélites de comunicação, convertem em eletricidade útil algo como 10 por cento da luz solar que recebem. E o que é pior: as curvas e pregas da carroceria do carro reduziam em mais de um décimo o rendimento das células solares. Quanto maior fosse o veículo, maior seria também sua área exposta ao sol; logo, maior seria a energia captada, como nas usinas movidas a energia solar. Mas como não teria sentido desenhar um carro gigantesco, a saída deveria ser procurada em outra parte. Assim, para compensar a falta de energia, apostaram-se todas as fichas na aerodinâmica, o que acabou por garantir ao Sunraycer o mais baixo coeficiente de resistência ao ar (0,125) jamais obtido por um veículo terrestre. Os coeficientes da maioria dos carros de hoje são pelo menos o dobro. Além disso, os engenheiros substituíram as células solares comuns por outras de arsenieto de gálio, que liberam de 20 a 30 por cento mais energia para a mesma quantidade de luz.

No total, foram 9500 células, captando uma energia de até 1 550 watts ao meio-dia — o suficiente para acender quase 26 lâmpadas comuns. Na verdade, as grandes preocupações com a forma do veículo se justificavam não só pelo desempenho que dele se esperava, mas também pelo fator segurança. O protótipo precisava provar que poderia suportar os ventos fortes do deserto australiano, além do tráfego dos chamados “trens do asfalto”, as enormes carretas de 150 toneladas e quase 60 metros de comprimento que circulam a mais de 110 quilômetros por hora em todo o trajeto da rodovia. Um desses pesados caminhões tipicamente australianos poderia até fazer voar longe o pequeno e leve Sunraycer, tão vulnerável nos seus 6 metros de comprimento por 2 de largura e 1 de altura.

De fato, nada é muito pesado no raio de sol corredor, a começar pela carroceria feita com um sanduíche de dois materiais plásticos leves e resistentes: o kevlar, utilizado em coletes à prova de balas e o nomex, caracterizado pela forma de colméia. O sanduíche recobre um esqueleto de tubos de alumínio — parecido com os empregados em carros de corrida comuns para proteger o piloto—que pesa apenas 7 quilos e, no entanto, suporta todo o peso do resto do carro e do passageiro: mais de 270 quilos no total. Pesando a metade de um fusca, ainda menor que ele, o Sunraycer conseguiu dispensar pneus mais grossos, bastando aqueles usados em bicicletas, cuja pressão de quase 7 mil gramas por centímetro quadrado é capaz de garantir a aderência do veículo ao solo sem aumentar o atrito

Para um determinado peso, os pneus de bicicleta têm cerca de um terço do atrito apresentado pelos pneus de automóveis e metade daquele dos pneus de motocicletas. O coração de um carro a sol é sua bateria, que armazena a energia solar, a qual nem sempre está disponível e aí apareceram mais desafios para a equipe da GM, pois as baterias não evoluíram praticamente nada desde sua concepção, há quase um século. A solução encontrada foi utilizar as caras baterias de prata-zinco, cuja capacidade de estocagem é de 3 quilowatts-hora e pesam apenas 30 quilos. As melhores baterias de ácidos, capazes de estocar a mesma quantidade de energia, pesariam quatro vezes mais.

A maior dificuldade é que esse tipo de bateria pode ser danificada se descarregada totalmente e não há um meio fácil e confiável de medir o nível de suas cargas. Para aproveitar a carga que conseguiu ser salva, o motor adequado, por sua vez, precisaria ser simples, com o mínimo de eixos e engrenagens que dissipassem a energia. Os técnicos, então, criaram o motor magnequench, com apenas 5 quilos, que fornece ao Sunraycer em média 1 cavalo de potência, ainda que em movimento possa chegar a 10, em curtas acelerações. Produzido de acordo com uma tecnologia totalmente nova, esse poderoso tipo de motor com ímãs permanentes é feito de um composto de neodímio, aço e boro, que é temperado rapidamente segundo processo desenvolvido na GM.

Toda a força do motor é transmitida diretamente ao eixo traseiro, sem engrenagens intermediárias ou câmbio de transmissão; como só há uma roda atrás, também não existe diferencial (o mecanismo que faz algumas rodas girarem mais depressa que outras nas curvas). Isso significa que o motor perde ainda menos energia para o movimento do eixo. A quantidade de eletricidade vinda das baterias é regulada por um sistema eletrônico baseado no controle de uma ponte feita de materiais semicondutores, cuja eficiência é da ordem de 98 por cento. Sobrando, assim, uma única parte móvel em todo o sistema de tração, a maior parte da freada pode ser feita pelo próprio motor, que reaproveita a energia utilizada. Durante esse processo, o tráfego nas pontes se faz no sentido inverso, recarregando as baterias com até metade do esforço gasto. O motor, portanto, pára junto com o carro. Todas essas características fizeram do Sunraycer um vencedor de múltiplas competições — por uma forma aerodinâmica perfeita, por materiais leves e resistentes, sistemas eletrônicos e mecânicos de alto desempenho etc. Mesmo assim, ainda parece impensável utilizar a radiação solar como fonte de energia para automóveis comuns. Aumentam, entretanto, as esperanças no avanço dos carros elétricos.

A própria GM apresentou no Salão do Automóvel de Los Angeles do ano passado um protótipo de carro elétrico denominado Impact, capaz de percorrer 200 quilômetros sem recarregar as baterias, à média de 90 quilômetros por hora e aceleração até 160. Assim, oitenta anos depois de um breve surto, quando o número de carros elétricos chegou até a superar o de veículos a gasolina, a explosão da crise ambiental parece criar uma forte pressão pela sua volta. “O motor elétrico é realmente limpo, sendo ideal e viável para o tráfego urbano”, defende Gilmar Barreto, engenheiro elétrico da Universidade de Campinas, que circula em uma Kombi que ele adaptou para essa energia.

Segundo ele, um carro de passeio particular costuma rodar uma média de 32 quilômetros por dia dentro das cidades, um padrão de uso que não é incompatível com um veículo elétrico. Em 1985 diversas fábricas holandesas já anunciavam modelos de carros com painéis solares de pouco mais de 1 metro quadrado, com uma autonomia de até 40 quilômetros. No ano seguinte, uma estimativa indicava que 140 mil veículos nos Estados Unidos poderiam ser convertidos a motores elétricos, considerando-se que as baterias de ácido em uso garantiriam um alcance de 100 quilômetros por dia. No Brasil, uma dupla de engenheiros está construindo um carro a sol por eles projetado.

Mas contra essa esperança ainda pesa um impedimento decisivo: a capacidade de estocar energia de uma bateria convencional é irrisória comparada a um combustível fóssil. Um motor comum poderia retirar da gasolina energia suficiente para carregar seu peso inicial a 1 600 quilômetros de distância, enquanto as melhores baterias de ácidos fornecem energia para movimentar seu próprio peso menos de 16 quilômetros, ou seja, rendem cem vezes menos que a gasolina. Até que essa proporção se altere, a energia da vida, aquela que vem do Sol, não conseguirá desalojar do pódio a energia do progresso industrial, que vem dos combustíveis fósseis poluentes.

Para saber mais:

O mundo sem petróleo

(SUPER número 6, ano 7)

A boa luz do deserto

A maior dificuldade dos engenheiros da General Motors ao desenvolver um veículo solar certamente foi a limitada área destinada às células fotovoltaicas, que captam a energia dos raios do Sol e a transformam em eletricidade. Afinal, por melhores que sejam, as células só podem aproveitar os raios solares que recebem: 500 watts por metro quadrado nas regiões tropicais. Mas, quando espaço não é problema, a energia solar tem condições de competir em termos de preço com usinas convencionais a óleo e a carvão. É o caso da usina solar SEGS VIII, em operação desde o início do ano no deserto de Mojave, na Califórnia. Considerada a maior do mundo, gera 80 megawatts (milhões de watts) de eletricidade — o suficiente para abastecer mais de 115 mil casas — ao custo de centavos de dólar por quilowatt-hora. Até 1994, a empresa americana Luz responsável pelo projeto, espera que a usina atenda a mais de 1 milhão de pessoas, quase a população de Brasília.

Para centros industrializados como São Paulo, entretanto, a energia solar pode não ser a melhor resposta. “Se considerarmos um consumo médio de 10 mil megawatts para toda a cidade, seria preciso espalhar células numa área de 20 mil quilômetros quadrados”, calcula José Roberto Moreira, diretor do Departamento de Energia da Universidade de São Paulo. Trata-se de uma área praticamente igual à da própria cidade. Embora um projeto desses seja claramente inviável para uma metrópole da extensão de São Paulo, não seria necessariamente um absurdo no caso de cidades menores. “As grandes barragens das hidrelétricas alagam porções maiores de terra”, lembra Moreira.

O solarmóvel brasileiro

Um dia os pilotos brasileiros poderão vencer grandes prêmios sem causar nenhuma poluição ao meio ambiente. Está sendo construído no país um carro solar capaz de competir em corridas como a da Austrália e, quem sabe, tornar-se uma opção limpa e viável para o motorista urbano. É o chamado solarmóvel Brasil Sol, projetado por Anne Corianna Gottberg, professora de Engenharia Elétrica da Universidade de Campinas e por seu aluno Augusto Cesar Redolfi. O empreendimento começou em 1987, inspirado num grande circuito turístico realizado por veículos solares na Suíça dois anos antes.

Desde então, o carro tomou forma no papel, recebendo algumas doações, como dois motores de 0,5 HP que deverão ser acoplados diretamente às rodas traseiras, baterias de chumbo ácido e níquel-cádmio, e ainda células solares de silício capazes de gerar até 35 watts de energia. “Nossa luta agora é para conseguir mais patrocinadores e fabricar um chassi de alumínio e a carroceria, em forma de gota, em fibra de vidro”, descreve Augusto. O custo do protótipo, que poderia estar pronto em menos de um ano, seria igual ao de um Monza de luxo. O solarmóvel alcançaria um máximo de 100 quilômetros por hora.

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