Eletricidade sobre rodas

jun, 2012

Edição 76 – Maio de 2012
Por Juliana Martins

 Embora o uso da eletricidade nos meios de transporte pareça algo recente, que sugere  modernidade e consciência ambiental, como no caso dos veículos elétricos, a tecnologia é  mais do que centenária. Bondes, trólebus, trens e carros elétricos: as velhas técnicas que  continuam modernas e atuais com a devida atualização tecnológica

A eletricidade foi empregada em trens e bondes, responsáveis por levar desenvolvimento às cidades por onde passavam seus trilhos, e foi vanguarda dos carros a combustão que enchem as cidades nos dias de hoje.

Ao longo dos anos, a eletricidade foi incorporada aos meios de transporte e os trens a vapor, carros de boi e charretes, aos poucos, foram substituídos por trens, bondes e carros elétricos. Estes dois últimos não tiveram vida longa, visto que o desenvolvimento da indústria do petróleo favoreceu econômica e tecnologicamente o emprego de combustíveis fósseis nesses dois veículos. Em alguns países, os bondes evoluíram e se tornaram importantes meios de transporte de massa. E, nos últimos anos, tem sido mais e melhor estudada a tecnologia híbrida para alimentar veículos que estão sendo desenvolvidos para emitirem menos poluição a partir da substituição de combustíveis fósseis por alternativas mais sustentáveis, entre elas, a energia elétrica.

Na “Memória da eletricidade” desta edição, contamos parte dessa história, que começa em 10 de janeiro de 1863, quando a eletricidade não havia ainda sido inventada e os trens subterrâneos de Londres funcionavam movidos a vapor. A criação do primeiro metrô do mundo, ideia de Charles Pearson, se deu por causa do grande número de carroças, carruagens e ônibus de dois andares puxados a cavalos. Só a partir de 1890, com o advento da eletricidade, o traçado passou a ser todo debaixo da terra, tendo resolvido o problema da ventilação. Não demorou então para que o metrô (ou “tubo”, como era chamado) se tornasse a “menina dos olhos” dos londrinos.

 

 

 

Paralelamente, em 1842, o inventor escocês Robert Davidson construiu a primeira locomotiva com um sistema de força elétrica. A Galvani era formada por quatro rodas e 4,8 m de comprimento, pesando cinco toneladas. Alimentado por uma bateria de pilhas (ferro-zinco), o motor tinha bobinas indutoras em ferradura, sem núcleo ferromagnético, e em frente às ferraduras rodavam barras de ferro apoiadas no eixo das rodas. O arranque era manual, testada em linha com bitola de 1,435 m e atingia a velocidade de 6 km/h. Em 1860, Antonio Pacinotti construiu um modelo de máquina eletromagnética com enrolamento induzido em anel e formulou o princípio da reversibilidade das máquinas de corrente contínua.

Porém, todo esse trabalho só foi à frente por causa da construção das máquinas de corrente contínua, por Werner Von Siemens, que deu uma propulsão ao desenvolvimento desse tipo de transporte. Em 1879, Siemens desenvolveu a primeira locomotiva com um cavalo-vapor de 3. Tratava-se de um comboio miniatura puxado por uma locomotiva de 50 centímetros com 
2,5 KW de potência numa extensão de 300 metros. O motor elétrico de corrente contínua era alimentado pelos carris e a rede elétrica era energizada em 550 volts (corrente contínua). Oficial de artilharia prussiano e engenheiro elétrico, Siemens apresentou em 29 de abril de 1882 o primeiro veículo elétrico sem trilhos, alimentado por rede aérea e precursor do trólebus.

Eletricidade no transporte brasileiro

No Brasil, a tração elétrica foi empregada pela primeira vez no Rio de Janeiro, em um bonde da Companhia Ferro Carril do Jardim Botânico, que circulou no dia 8 de outubro de 1892, entre o Teatro Lírico, na Cinelândia, e a Rua Dois de Dezembro, no Catete.

Em 1908, a Rio Light instalou três geradores de 800 kW para o serviço dos bondes e colocou em operação algumas linhas com o novo sistema de trilhos eletrificados. Eles saíam da garagem da Companhia Vila Isabel. Dois anos depois, foi eletrificada a E.F. Corcovado, com locomotivas de corrente alternada trifásica; em 1922, iniciou-se a eletrificação da Companhia Paulista de Estradas de Ferro e, em 1937, foi a vez da Central do Brasil, com o início da eletrificação das linhas utilizadas para o serviço suburbano do Grande Rio.

Locomotiva elétrica para transporte de serviço industrial. Construída pela GE para a Northern Ohio Traction & Light Company.

 

Em São Paulo, o contrato do sistema de bondes em São Paulo entre a Light e a Prefeitura instaurava o monopólio do transporte de carga e de passageiros na cidade por tração elétrica por 40 anos. Dessa forma, não poderiam existir linhas de bondes de outras companhias. Foram instalados então geradores termoelétricos na Rua São Caetano e, em maio de 1900, foi inaugurado o serviço de transporte por bondes. Com o tempo a tarifa foi unificada em 100 Réis para operários e 200 Réis para os outros. Em 1900 eram 107 Km de trilhos chegando a 227 Km em 1916. A frota de 404 bondes, em 1922, levava 119 milhões de passageiros.

Os bondes eram alimentados a 600 VDC pelas redes aéreas, sistema de cabos energizados, que, em contato com os coletores, captam a eletricidade, principalmente para tração, movimentação dos compressores de ar de freio e outras funções elétricas. No sistema paulista, a tomada de força se fazia por uma carretilha (rodinha) que na ponta de uma haste ia girando ao longo do fio trolley. Em outras cidades, os bondes tinham um arco tipo pantógrafo que ia encostado no fio. Era importante acelerar de forma gradual, pois se esse movimento fosse brusco, o disjuntor estourava desligando a energia do veículo e deveria ser rearmado manual ou automaticamente, para recomeçar do zero a aceleração.

Os m

otorneiros, que guiavam os bondes, usavam uma técnica muito interessante quando faltava energia. Se fosse dada a partida com tensão baixa, seria puxada uma corrente muito alta que poderia queimar o motor. Então, a astúcia desses profissionais os fez perceber que se deixassem as lâmpadas dos bondes acesas, poderiam usá-las como voltímetro. Somente quando as lâmpadas atingiam o seu brilho pleno e assim permaneciam por algum tempo, demonstrando que a tensão havia retornado ao normal é que o motorneiro apagava as luzes e dava a partida no bonde.

A tração elétrica foi o principal sistema de transporte em todo o mundo até os anos de 1950. Em São Paulo não foi diferente, entretanto, em 1924 e 1925 ocorreu uma grande estiagem e escassez de energia e a Light teve que diminuir a frota de bondes em 12% e a distribuição de energia em 67% para os consumidores. Em 1927, a população era de 800.000 habitantes e o sistema de bondes possuía 458 carros de passageiros (além dos de carga), em 230 km de trilhos que transportou 177 milhões de passageiros.

Já sob o comando da Companhia Municipal de Transporte Coletivo (CMTC), foram importados 75 bondes usados de Nova Iorque, os famosos bondes “Centex”. Um mês depois, a prefeitura aumentou a tarifa de 200 Réis para 500 Réis, o que provocou um grande “quebra-quebra” de bondes e ônibus, quase destruindo a sede da prefeitura, na época, à Rua Líbero Badaró.

 

Inauguração da linha de bondes do Bom Retiro, em São Paulo (SP), em 1900. Foto: Acervo Fundação Energia e Saneamento.

Existem algumas versões para a origem da palavra bonde, uma delas vem dos bilhetes emitidos pela Botanical Garden Railroad, no Rio de Janeiro, e eram chamados de “bond”. Pode ser também que ela seja derivada de “Eletric Bond & Share”, nome de uma das empresas que explorava o serviço no Brasil. Por último, e a mais curiosa, é que a palavra originou-se do sobrenome de um cônsul americano, que em 1868 era dono da primeira empresa de bondes de Belém do Pará e, acredite, seu nome era James Bond.

A vez dos ônibus elétricos

O modernismo tomava conta do Rio de Janeiro na época em que entrou em operação o serviço de ônibus elétrico na Avenida Rio Branco (1918). A Light pouco investiu neste segmento no começo. Os ônibus elétricos funcionavam apenas no trecho onde não havia bondes, entre a Praça Mauá e o antigo Palácio Monroe, na outra extremidade da Avenida Rio Branco. Jornais da época apontavam que “confortáveis ônibus de tração elétrica, movidos a bateria, com rodas de borracha maciça, sem barulho, sem vibração, fumaça e os inconvenientes da gasolina” estavam circulando pela cidade. Por não rodarem sobre trilhos, os ônibus elétricos, ou trólebus, tinham mais autonomia que os bondes.

O ônibus elétrico ameaçava o monopólio dos bondes, mas não foi o único a atrapalhar a continuidade do serviço. O trólebus é alimentado externamente por meio de uma rede aérea e, para funcionar, ele capta energia elétrica pelos cabos montados nas alavancas telescópicas do coletor de corrente. A energia passa pela caixa de fusíveis, onde há dois fusíveis que protegem a rede aérea contra curtos-circuitos no veículo e vice-versa. Da caixa de fusíveis, a energia elétrica vai para a caixa de distribuição, onde é distribuída para o controle de tração. O motor de tração é uma máquina elétrica de corrente contínua, alimentada como uma tensão nominal de 600 Volts.

Em abril de 1949, foi inaugurado o Sistema de Trólebus com uma frota de 30 trólebus importados dos Estados Unidos e da Inglaterra. Eram seis unidades de chassi Pulman Standard, carroceria da mesma marca e sistema elétrico Westinghouse norte-americano, 20 unidades de chassi War La France, carroceria Wayne e sistema elétrico Westinghouse, também dos Estados Unidos e quatro unidades de chassi English Associated Equipament Company, carroceria da mesma marca e sistema elétrico BUT – British United Traction, da Inglaterra.

No mesmo mês e ano, em São Paulo, foi inaugurada a linha Aclimação/João Mendes, com
7,2 km de extensão, substituindo uma linha de bondes. Mas a CMTC não estava sabendo gerir o transporte da cidade. As empresas de ônibus disputavam regiões de alta demanda e melhor infraestrutura, enquanto as demais eram abandonadas pelos prestadores de serviços. A visão de vários administradores públicos em todo o mundo se voltava para os ônibus elétricos.

No inicio da década de 1950, os trólebus começaram a substituir os bondes em algumas linhas, aproveitando a infraestrutura de rede e subestações de bondes já existentes. Por algum tempo, bondes, trólebus e automóveis dividiram o mesmo espaço nas ruas. Com o aumento da frota, o trânsito começava a se tornar intenso. A Light já havia apresentado na década de 1920 o Plano Integrado de Transportes, que contemplava algumas linhas troncais de bondes, incluindo trechos subterrâneos na área central da cidade que operaria integrado às linhas de auto-ônibus, na tentativa de resolver o transporte de bondes diante do trânsito caótico e saturado, provocado pelo aumento do número de ônibus e automóveis. Também foi uma tentativa da empresa para aumentar as tarifas, congeladas desde 1909. As circunstâncias políticas não foram favoráveis, o plano não foi aprovado.

Os bondes já estavam velhos, necessitando substituição, mas só contavam com reformas. Nos oito anos seguintes, passaram a trafegar cada vez mais lotados e com muitos problemas. A cidade se desenvolvia rapidamente e a malha de trilhos permanecia estagnada.

Em 1938, Prestes Maia é nomeado prefeito. Nos sete anos em que ocupa o cargo, ele põe em prática alguns pontos de seu “Plano de Avenidas”. Abre, alarga e prolonga vias públicas, promovendo a gradativa substituição dos bondes pelos ônibus movidos por combustíveis fósseis; o novo prefeito privilegiava o transporte individual e coletivo motorizado, em detrimento do transporte por trilhos. Em 1947, a Light acabou entregando o seu serviço de viação urbana para o município de São Paulo e a pressão das empresas de ônibus para o fim dos bondes foi aumentando.

As alterações urbanas na cidade continuaram e as linhas de bondes eram afetadas pelas constantes reformulações dos traçados dos trilhos. Nas mãos da prefeitura, o sistema de bondes sobreviveu por 19 anos e, nos últimos anos, os bondes, em muitas linhas, travavam diariamente uma batalha contra a gr

ande quantidade de automóveis e ônibus, chegando ao extremo de, em alguns casos, os bondes trafegarem contra o fluxo de tráfego em importantes vias. A última linha sobreviveu graças à utilização de um leito segregado, exclusivo, para o populoso bairro de Santo Amaro, ao longo das Avenidas Ibirapuera e Vereador José Diniz.

Em São Paulo, no ano de 1968, os bondes foram aposentados. O bonde de Santa Tereza, no Rio de Janeiro, foi a única linha urbana no País que nunca parou de circular. Já os ônibus elétricos representavam a modernidade. Mais confortáveis, ainda tinham a seu favor o fato de não poluírem e emitirem menos ruídos. Dez anos depois, em 1959, a rede de São Paulo que era de pouco mais de sete quilômetros de extensão já chegava a 31,9 quilômetros, servidos por quatro linhas.

Como os maiores investimentos nos sistemas de trólebus eram do setor público, a situação se tronava um pouco mais delicada e volátil. As constantes quedas de alavancas e consequentes paradas do meio de transporte foram se tornando famosas. A manutenção dos veículos, muitos com peças importadas, e das redes exigiam recursos maiores, o que fez com que na segunda metade do ano de 1960, muitas cidades desativassem ou reduzissem significativamente suas redes.

Os ônibus elétricos ainda persistiram, ressurgindo algumas vezes, no entanto, a falta de investimentos ainda atrapalha a vida destes que poderiam se tornar uma alternativa verde para os meios de transporte brasileiros. Para poder comparar, os ônibus atuais pesam até 400 kg menos que os antigos, possuem menor consumo de energia e podem levar mais passageiros, pois, além de mais leve, o sistema de refrigeração a água ocupa menos espaço no trólebus.

Os carros elétricos

Thomas Edison desenvolveu em 1901 uma bateria níquel-ferro, com capacidade de armazenamento 40% maior que a bateria de chumbo. Ao final do século XIX, baterias
níquel-zinco e zinco-ar foram criadas. A importância dessas duas pesquisas está intimamente ligada aos carros elétricos, que contam ainda com duas outras tecnologias desenvolvidas entre 1890 e 1900: a frenagem regenerativa, que transforma a energia cinética do automóvel em energia elétrica durante uma frenagem e o sistema híbrido (gasolina e eletricidade).

Os carros elétricos eram extremamente promissores em 1886. A recarga das baterias em 1881 deu mais autonomia aos veículos e a experiência com o carro “Jamais Contente”, do engenheiro belga Camille Jenatzy, em 1899, alcançou a incrível velocidade, para época, de
100 km/h.

Foram feitas algumas tentativas de construir carros híbridos, como em 1903, o modelo que funcionava graças a um gerador elétrico, alimentado por um pequeno motor de combustão interna, e dois pequenos motores elétricos. Outro modelo, de 1901, usava motor de combustão interna para fornecer tração às rodas e para carregar uma bateria. “Até os anos 1920, em países como Estados Unidos, França e Canadá, havia diversos modelos de híbridos à disposição no mercado. (…) Poucos eram os mecânicos que compreendiam o funcionamento dos motores elétricos e das baterias que equipavam os automóveis elétricos e híbridos”, apontam os autores do artigo “Veículos elétricos: história e perspectivas no Brasil”, Renato Baran e Luiz Fernando Loureiro Legey.

No entanto, no meio do caminho existia Henry Ford e o seu Ford T que, em 1909, estava aperfeiçoado com a partida elétrica e tinha produção em larga escala, tonando-se rapidamente um objeto de desejo da sociedade e muito mais barato. Os carros movidos a gasolina custavam entre US$ 500 e US$ 1.000, metade do preço pago pelos elétricos.

Segundo Jayme Buarque de Holanda, diretor-geral do Instituto Nacional de Eficiência Energética (Inee), existiam quatro mil carros em Nova Iorque, EUA, em 1903. Destes, 53% a vapor, 27% a gasolina e 20% elétricos. No entanto, enquanto a quantidade de motores alimentada por combustíveis fósseis subia, a de elétricos caia vertiginosamente. A partir dos anos 1930, os veículos elétricos passaram a ser produzidos em escala cada vez menor e só tiveram picos durante a Primeira e a Segunda Guerra Mundial, por causa do racionamento de gasolina e diesel.

A partir dos anos 1970, com a preocupação com o meio ambiente em alta, os carros elétricos voltaram ao debate. A crise do petróleo, em 1973, causada pelo embargo de produtores de petróleo, fez com que aparecessem iniciativas de trazê-los de volta ao mercado no período, mas nem os automóveis elétricos puros nem os híbridos estavam aptos a competir com os automóveis convencionais.

O engenheiro elétrico e professor da UERJ, Luiz Artur Pecorelli Peres, explica, em seu artigo “Veículos elétricos: o limiar de uma era de transição”, que costuma-se incluir, entre os veículos elétricos, os chamados híbridos, os exclusivamente a bateria e os a célula combustível (fuel-cell vehicles). Os primeiros abrigam unidades adicionais de combustão interna que atuam em conjunto, geradores ou motores a combustão interna. “Isso permite aumentar a autonomia de percurso e a potência do veículo, sem que seja necessário, em geral, o recarregamento das baterias quando em repouso. Apesar de não atenderem plenamente à condição de veículos de emissão nula, representam uma opção viável pela grande redução do consumo e de emissões”, diz o profissional.

Já os denominados veículos elétricos têm como única fonte de energia baterias secundárias e alguns modelos atuais são totalmente isentos de emissão de poluentes. “As autonomias e os desempenhos alcançados são perfeitamente compatíveis com as necessidades urbanas diárias, diante do uso de baterias avançadas, de alta densidade de potência e energia, das quais podem ser citadas as de NiMH (hidreto-níquel metálico)”, diz Peres. Por muito tempo esses automóveis ficaram confinados em usos como nos campos de golfe e em áreas restritas como parques, jardins, shoppings, hospitais e estacionamentos. Em 2009, os híbridos no mundo atingiram 598.739 unidades, conforme o HybridCars.com.

A alternativa subterrânea

Desde o projeto da Light, em 1927, a ideia de construir o transporte subterrâneo estava latente no imaginário paulista. Somente em 1966, o prefeito José Vicente Faria Lima cria o Grupo Executivo do Metropolitano, GEM, antecessor da Companhia do Metropolitano de São Paulo (Metrô). Em 26 de dezembro, Faria Lima assina a lei municipal 6.988, que autoriza a criação da Companhia do Metropolitano de São Paulo. Em 24 de abril, é fundada a Companhia do Metropolitano de São Paulo, que colocou o metrô para funcionar em 14 de setembro de 1974. A primeira linha a operar foi a Norte-Sul, atualmente chamada Linha 1-Azul, do tipo linha passiva. A concepção inicial do projeto previu uma subestação retificadora a cada três estações de passageiros. Cada subestação
possui três grupos retificadores e, em condições normais de serviço, dois grupos operam e o terceiro fica como reserva no caso de falha. As Linhas 2 e 3 do metrô paulista consistem um exemplo de reserva ativa, em que cada estação possui uma subestação retificadora e elas possuem somente um grupo retificador. Em caso de falha deste grupo, a subestação retificadora fica fora de serviço e as retificadoras das estações adjacentes assumem sozinhas a carga de todo o trecho das três estações envolvidas, conforme explica Cassiano Lobo Pires, em sua tese de doutorado em engenharia elétrica, “Simulação do sistema de tração elétrica metro-ferroviária”.

Nos anos 1970, as cidades de São Paulo e São Francisco (Estados Unidos) marcaram o surgimento dos metrôs modernos pesados, com maior capacidade de carga. De acordo com o engenheiro eletricista, consultor e especialista em trens, Peter Alouche, a eletrônica de potência permite a adoção do “chopper” para a regulação dos motores. A operação dos trens é automática e a supervisão da circulação dos trens, a partir do Centro de Controle, é feita por computador. A velocidade aumenta para 100 km por hora e o intervalo entre composições diminui para 90 segundos. Importante ressaltar que São Paulo apresentou o primeiro metrô novo do mundo a entrar em operação com choppers. Por conta de problemas técnicos, a inauguração do metrô de São Francisco foi adiada, deixando a primazia para os paulistas. Com isso, empresários de outros países quiseram conhecer a tecnologia dos metrôs de São Paulo. 

Nos últimos anos, a corrente alternada passou a ser adotada pelos trens metroviários. O motor de indução de corrente alternada é simples e de baixa manutenção, mas sua aplicação evoluiu apenas com o desenvolvimento da eletrônica e da informática.

No caso de São Paulo e das grandes metrópoles mundiais, o transporte metropolitano foi fundamental para facilitar o tráfego. Atualmente, os trens de alta velocidade já são empregados em quantidade significativa em grandes capitais. Investir nessa tecnologia é uma “opção obrigatória” para o país crescer. “Não há uma grande potência hoje sem trens de alta velocidade, a China descobriu isso e fez em quatro anos 400 quilômetros de linha de metrô em Xangai. O Brasil precisa interligar as grandes cidades com trens e metrôs de grande velocidade”, analisou o especialista.

Nesse sentido, o Plano de Expansão do Transporte Metropolitano do Governo do Estado de São Paulo, por exemplo, adquiriu recentemente 107 novos trens para a linha Verde. Os novos trens são mais eficientes e têm menor custo de manutenção, com motores de tração em corrente alternada que possibilita economia de energia, com regeneração energética até 30% superior a de trens convencionais.

 

O metrô carioca começou a funcionar em 1979 com cinco estações: Praça Onze, Central, Presidente Vargas, Cinelândia e Glória. Mais de 500 mil pessoas passearam pelo sistema nos primeiros dias. O sistema utilizado é o de pilotagem automática assistida, ou seja, o condutor continua na cabine, porém apenas controlando o sistema de abertura e fechamento das portas e atuando em casos emergenciais.

“A conexão entre a rede pública de alimentação e as subestações retificadoras pode ser feita de duas maneiras. A primeira é a conexão direta da subestação retificadora na rede pública de alimentação. Esta solução é indicada para as linhas de subúrbio ou trens metropolitanos onde a distância entre as subestações é maior e as exigências de confiabilidade são menores devido às alternativas existentes em caso de falhas. Tal solução é adotada em algumas linhas da CPTM. A segunda alternativa, indicada para linhas de alta confiabilidade, como as linhas de metrô, é a adoção de um sistema de distribuição”, narra Pires. A função deste sistema de distribuição é receber a energia da rede pública de alimentação por meio de uma subestação primária que transforma e distribui esta energia em uma tensão adequada para as subestações retificadoras. 

Atualmente, o metrô de São Paulo possui 74,3 km de extensão em cinco linhas e 64 estações (58 operadas pelo Metrô e 6 pela ViaQuatro). É o mais extenso do Brasil, com velocidade média de 44 km/h, variando entre 80 km/h e 30 km/h, os trens são alimentados por um terceiro trilho localizado na via, com 750 volts de corrente contínua. Apenas a Linha 5 usa o sistema de catenárias. No Rio, a tensão é a mesma, mas o sistema é monofásico com alta amperagem. 

A situação atual mostra que andamos por muito tempo rumo ao futuro dos transportes com alimentação elétrica, no entanto, medidas que visam apenas ao retorno imediato fizeram com que houvesse pouco ou até o fim do investimento nestas tecnologias. Para que seja possível mudar a história que vem sendo escrita, é necessário uma retomada ao passado. Quem sabe assim, ainda seja possível desfrutar de um charmoso passeio de bonde com segurança, rapidez e muita tecnologia.

 

PESQUISA:

http://www.gruve.eng.uerj.br/historia.htm

Veículos elétricos: história e perspectivas no Brasil*

Renato Baran

Luiz Fernando Loureiro Legey** http://www.abve.org.br/downloads/Veiculos_eletricos_perspectivas_Brasil_BNDES.pdf

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