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A tração elétrica já é utilizada nos veículos de transporte urbano desde o final dos anos 1800 e teve o seu auge entre os anos de 1900 e 1950.

Além dos bondes e trólebus, havia também os ônibus alimentados por baterias que operaram em pequena escala, como demonstrações.

Também, no final dos anos 1800 e nas primeiras décadas dos anos 1900, surgiram alguns automóveis particulares a bateria, mas com o introdução e desenvolvimento dos carros à gasolina, os elétricos foram esquecidos. De tempos em tempos, nos anos 50, 60 e 70, surgiram algumas tentativas de introdução dos automóveis elétricos, mas sem sucesso. Talvez, inibidos pela esmagadora pressão dos fabricantes dos bem-sucedidos, bonitos e luxuosos automóveis à gasolina.

Carro elétrico na América do Norte em 1912.

Carro elétrico na América do Norte. A Detroit Electric construiu 13.000 carros entre 1907 e 1939.

No Brasil, a Gurgel foi a pioneira em lançar os primeiros protótipos de carros elétricos urbanos. Em 1974 surge o Itaipu, um carro elétrico para dois passageiros e nos anos 90, outros modelos foram fabricados, como o Supermini (1992 a 1994). Mas a empresa não conseguiu superar as dificuldades financeiras, pela pouca demanda de produção e nem vencer a esmagadora concorrência das Multinacionais, vindo a falir em 1994, enterrando o sonho de seu criador em desenvolver a indústria automobilística nacional.

Carro elétrico brasileiro Gurgel. O Itaipú de 1974 e o Supermini dos anos 90.

Para os ônibus elétricos, o desafio era maior, pois, necessitavam de um conjunto de baterias de maior porte para locomover os veículos pesados. Até os anos 1990, as baterias não tinham sido desenvolvidas o bastante, para resolver os problemas inerentes, tais como peso excessivo e pouca durabilidade de carga.

Nos anos 80 a Siemens, na Alemanha, desenvolveu um experimento para tentar viabilizar o uso de ônibus elétrico a baterias. A ideia era criar um método para a troca rápida do conjunto de baterias e nesta configuração, este conjunto era montado em um pequeno reboque, puxado pelo ônibus. A troca do conjunto de baterias descarregadas por outro carregado era executada rapidamente, sem comprometer a operação continua do ônibus. Também havia, neste experimento, a possibilidade de recarga parcial rápida nos pontos de embarque, através de um pantógrafo que fazia a conexão com um poste de carregamento. Este experimento não teve uso prático.

Ônibus elétrico Siemens, com baterias, em testes em 1980.

Porém, a partir dos anos 1990, tanto as baterias como a eletrônica se desenvolveram muito. Novas baterias de chumbo-ácido e lítio apresentam melhores características, como um menor peso e maior capacidade de armazenamento de energia.
A partir dos anos 1990, aqui no Brasil, e mais especificamente, na Grande São Paulo, alguns experimentos foram desenvolvidos, utilizando técnicas diferentes, que apontam para uma boa perspectiva de utilização a médio prazo.

Foram quatro as modalidades desenvolvidas:

1- Ônibus elétrico híbrido.
2- Ônibus elétrico com célula de hidrogênio.
3- Ônibus elétrico com super-capacitores.
4- Ônibus elétrico com baterias.

1- ônibus elétrico hibrido.

É um ônibus com motor de tração elétrica, alimentado por um moto-gerador (a diesel ou etanol) e um pequeno banco de baterias. Estes dois conjuntos se alternam para produzir a energia para o motor de tração e por isso, o motor à combustão do gerador tem menor potência nominal que o motor de tração. Se a potência deste motor fosse a mesma do motor de tração, não haveria a necessidade do banco de baterias, mas a ideia é usar um motor de menor porte, justamente para apresentar um menor consumo de combustível em comparação com outro ônibus diesel de mesmo porte. A vantagem é que o motor de tração é elétrico, com todas as suas qualidades e a desvantagem é que o veículo continua a usar um motor a combustão, emissor de poluentes. A teoria afirma que, pelo fato do motor operar em rotação constante ideal, o consumo e as emissões diminuem em 20%. Esta tecnologia começa a ser lançada na Grande São Paulo em 1999.
Outro fator importante, que pode ser considerada como uma desvantagem, é que as qualidades de um veículo elétrico, que pode oferecer um rendimento energético de mais de 90% ficam obstruídas pela própria fonte de energia, gerada pelos prosaicos motores à explosão, com rendimento energético pífio de menos 40%. Soma-se também as perdas mecânica das conexões entre o motor diesel (ou etanol) e o gerador.

Ônibus elétrico híbrido Eletra.

Ônibus elétrico com baterias Eletra. Conecta-se com pantógrafo oum tomadas na garagem.

Ônibus elétrico bi-modal Eletra. Opera conectado na rede de trólebus, com baterias ou como híbrido.

2- Ônibus elétrico com células de hidrogênio.

A EMTU, em parceria com a AES-Eletropaulo, Petrobrás e outras empresas, colocou em prática um projeto de desenvolvimento do ônibus a hidrogênio no Brasil, desde 2010. Inicialmente foi produzido um protótipo e em 2015, outros três veículos modernos foram construídos e estão em testes no Corredor Metropolitano.
Trata-se de um ônibus com motor de tração elétrica, alimentado por um gerador de eletricidade, proveniente de células de combustível. A energia elétrica é produzida através de uma reação química, nas células de combustível, que utilizam o hidrogênio líquido, tendo como resíduo, apenas água que é eliminada no cano do escapamento. Também existe um banco de baterias de tração complementar.
A vantagem é que se trata de um veículo puramente elétrico, com todas as suas vantagens, porém, a grande desvantagem, está na própria obtenção do hidrogênio líquido, que demanda grande quantidade de energia elétrica para a sua produção. Também há a necessidade de compressão do hidrogênio para armazenamento em cilindros específicos.
Em suma, a produção do hidrogênio líquido e seu armazenamento, por intermédio da construção de uma estação de é tão complexo e custoso que não vale a pena o resultado final para propulsão do ônibus.

Ônibus elétrico com células de Hidrogênio em operação no Corredor Metropolitano da EMTU em 2016.

3- Ônibus elétrico com super-capacitores.

Trata-se de um ônibus com motor de tração elétrica, alimentado por um gerador de eletricidade, proveniente de bancos de super-capacitores. Como o nome já diz, os super-capacitores são uma espécie de bateria, porém, tem a propriedade de carregamento muito rápido e maior capacidade de carga. Diferentemente das baterias, que são compostas por elementos químicos e tem limite de cargas e recargas durante a sua vida útil (entre 2 e 3 anos), os capacitores não possuem elementos que se desgastam e possuem vida útil extensa (mais de 10 anos).
Neste tipo de ônibus, as características dos capacitores foram utilizadas de forma que possam ser carregados em 20 segundos, durante uma parada para embarque e desembarque de passageiros, o que possibilitará uma autonomia de 2 km em média, a partir do ponto de recarga, até atingir o outro ponto de recarga. Esta concepção poderia ser utilizada, basicamente, em corredores segregados para garantir a fluidez do transito dos ônibus, o que restringe sua forma de utilização.
As vantagens deste modelo são a eliminação da rede aérea em toda a extensão, restrita somente às paradas, dotadas de uma pequena subestação de recarga a cada 2 km e as qualidades superiores dos capacitores, se comparadas com as baterias convencionais. Para o processo de recarga, o veículo é equipado com um pantógrafo que se conecta aos contatos da subestação de recarga, como se fosse um pequeno trecho de rede aérea de trólebus. A desvantagem está na restrição do uso em corredores exclusivos e a necessidade de recargas em distancias pré-definidas, de até 2 km.

5- Ônibus elétrico com baterias.

É um ônibus com motor de tração elétrica, alimentado por um conjunto de baterias. A tecnologia das baterias está em desenvolvimento constante e os modelos mais recentes empregam chumbo-ácido, íons de lítio e Ferro-Fosfato com maiores capacidades de carga. É na China onde os ônibus a baterias estão mais desenvolvidos, nos últimos anos, os quais estão sendo exportados para todos os cantos do planeta.
Esta tecnologia chegou ao Brasil em 2015, através da empresa BYD chinesa, que trouxe alguns veículos para testes e já está montando uma indústria em Campinas-SP. As características diferenciadas dos ônibus chineses, além das baterias de última geração, tipo Ferro-Fosfato, estão nos eixos de tração que trazem os motores elétricos acoplados “nas próprias rodas”, ou seja, não existe mais o tradicional “eixo cardam” que conecta o motor elétrico ao antigo diferencial. Além disso, os motores elétricos, em cada lado do eixo trator, são do tipo “imã permanente”, o que fornece mais potência ao motor. Estas características fundamentais, proporcionam um rendimento maior do motor e menor consumo de energia, provinda das baterias. Se estes eixos fossem instalados nos trólebus atuais, por exemplo, a economia de energia também seria significativa. Aliás, este tipo de eixo trator, com motores nas próprias rodas, já são usados em trólebus modernos na Europa.

Eixo de tração com motores de imã permanente nas rodas.

Os ônibus importados para testes, possuem carroçarias de duralumínio, o que deixa o veículo mais leve, porém, a fábrica aqui no Brasil deverá produzir somente os chassis com todo os equipamentos elétricos, podendo ser encarroçado por empresas do ramo.
A vantagem está na autonomia sugerida pela fabricante chinesa, da ordem de 200 a 260 km por dia, com recarga de 4 a 3 horas, durante as madrugadas, quando o veículo está recolhido na garagem.

Ônibus elétrico BYD com baterias.

Segundo o fabricante, cada ponto de recarga tem a potência de 80 kW. Se cogitarmos ter uma frota de 200 veículos, por exemplo, a potência necessária para recarga de toda a frota, simultaneamente, durante 3 ou 4 horas, seria de 16.000 kW instalados na garagem, o que representar ser uma subestação retificadoras de grande porte. Para se ter uma ideia, uma subestação de grande porte para o Sistema Trólebus de São Paulo tem a potência de 2.000 a 3.000 kW. Em outras palavras, para abrigar uma frota de 200 veículos, o ideal seria distribuir em quatro garagens, por exemplo, equipadas com uma subestação de grande porte de 4.000 kW de potência. Se cogitarmos ter uma frota de 1.000 ônibus, teríamos que ter 20 garagens com potência instalada de 4.000 kW cada uma.

Subestação retificadora de 2000 kW de potência para alimentação da rede de trólebus.

Podemos citar, então, que a desvantagem, ou desafio, está no equacionamento da metodologia de recarga simultânea de grandes frotas de ônibus elétricos. Não não se trata de escassez de energia elétrica e sim da busca de uma metodologia de recarga de potencias significativas em um curto espaço de tempo para frotas numerosas.

De que forma, as novas tecnologias, irão influenciar no desenvolvimento ou na erradicação do Sistema Trólebus?

1- Revitalização do Sistema de Trólebus.

Faremos a comparação direta dos trólebus com os ônibus a baterias, os quais parecem ser o modal mais eficaz, em termos autonomia, sem a necessidade das redes aéreas.

O Sistema de Trólebus em São Paulo possui atualmente uma frota de 200 trólebus e que apresenta uma demanda mensal de cerca de 13.500 kW de potência registrada, sendo que a potência efetivamente instalada do Sistema é da ordem de 34.000 kW, demonstrando que a Infraestrutura está subutilizada. Comparando com a demanda necessária de 16.000 kW para 200 ônibus a baterias, podemos afirmar que, em termos de demanda de potência necessária, os dois sistemas são similares.

Enquanto o Sistema Trólebus possui subestações espalhadas ao longo de 201 km de extensão da rede, alimentando todos os veículos enquanto eles estão operando, a mesma frota de 200 veículos a baterias necessitariam a recarga simultânea, durante a noite, fora de circulação, em, pelo menos, quatro garagens.

Levando-se em conta que recentemente, o poder público de São Paulo e o concessionário de transporte, investiram grandes quantias de recursos financeiros na renovação da frota e da rede aérea, não é lógico cogitar a desativação dos trólebus, nos próximos 10 anos. Se, por outro lado, tanto a frota como as redes estivessem no final de suas vidas úteis, a substituição por outra tecnologia de tração não poluente, seria a melhor solução. Mas esse não é o caso e o lógico será ponderar sobre as formas de implementar melhorias nos trólebus, utilizando as baterias modernas, agora disponíveis.

Se cada um dos duzentos trólebus, possuísse um conjunto de baterias eficazes, capazes de movimentar os veículos em velocidade padrão de 50 a 60 km/hora, ao longo de 5 a 10 km de distância, os problemas de paralisações, que são tão criticados por usuários e cidadãos, seria erradicado por completo, tornando o Sistema 100% eficaz.
Ao mesmo tempo, poderia se pensar na extensão das linhas de trólebus, além dos limites da rede atual, por onde os trólebus bimodais iriam utilizar a carga das baterias, carregadas nos trechos conectados à rede aérea, revitalizando o Sistema.

2- Uso da malha da rede aérea para carregar os ônibus a baterias ou trólebus bi-modais.

Uma solução para o desafio de recargas das baterias, para frotas numerosas é a utilização da malha de 201 km da rede de trólebus na cidade de São Paulo. A possibilidade de recarga durante a operação em trechos providos da rede de trólebus poderia eliminar a necessidade de recarga pesada, durante as madrugadas, nas garagens. Nestes trechos, os ônibus elétricos permaneceriam conectados à rede, como um trólebus, o que permitiria operarem em outros trechos, desprovidos de rede aérea, em linhas diferenciadas. Haveria várias viagens durante o dia, as quais teriam ciclos de recarga e consumo alternados, sem a necessidade de interromper a operação contínua diária.

As conexões e desconexões dos veículos com a rede, seriam feitas automaticamente, sem a necessidade de o motorista deixar o seu assento, através das alavancas pneumáticas, acionadas no painel de controle do veículo. Desta forma, a transição poderá ser feita durante o embarque e desembarque de passageiros em uma parada.

As alavancas com pistões pneumáticos se encaixam automaticmante nos fios, através de um suporte cônico, instalado na rede.

A potência instalada ao longo de toda a malha de rede da cidade iria assegurar a recarga dos ônibus, sem a necessidade de aumento da potência da subestação da garagem ou a possibilidade de uso de garagens desprovidas de subestação de recarga de grande porte.

Em termos práticos, algumas linhas que operam em trechos sobrepostos às linhas de trólebus, poderiam ser convertidas para uso de ônibus elétricos bi-modais, promovendo o aumento do uso da tração elétrica na matriz do transporte urbano da cidade.

Na Europa, a UITP – União Internacional de Transportes Públicos, está desenvolvendo o Projeto ELIPTIC - Electrification of Public Transport in Cities (eletrificação dos transportes públicos nas cidades), para o período de 2015 a 2018, que visa, exatamente, o uso das malhas de redes de bondes, VLTs, trólebus e metro existentes para recargas de ônibus elétricos.
Nos quadros abaixo são apresentadas os principais objetivos (pilares) deste projeto.

A preocupação com a preservação do meio ambiente e melhoria na qualidade do transporte público, são os fatores fundamentais nos estudos da união europeia, os quais deveriam ser seguidos pelos dirigentes do Brasil.

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