Um motor elétrico pode ainda soar novidade num carro (na verdade, carros elétricos datam do século 19), mas não é segredo para ninguém: todo mundo conhece desde criancinha. Aquela memória lá de trás da vitamina de abacate da infância, do secador ou de alguém furando uma parede (bom, essa foi no último domingo de manhã). Há uma coisa em comum com essas memórias: nenhuma delas é silenciosa. Motores elétricos são (ou parecem ser) barulhentos. Mas, se é assim, por que então carros elétricos, que são muito maiores, dão partida e aceleram como fantasmas, no mais completo silêncio?
O evdrops conversou com o professor Fernando Martrini Catalano, diretor da Faculdade de Engenharia da USP São Carlos, para entender por que existe essa diferença.
Razão 1: Motores elétricos com escovas
“Eletrodomésticos e ferramentas não são barulhentos por causa do motor elétrico”, afirma o prof. Catalano. “O motor elétrico realmente não é barulhento. Os motores mais antigos tinham escovas ali, e realmente fazia um pouco mais de barulho, mas os motores atuais são brushless [sem escova]. ”
Motores elétricos de indução e corrente alternada, como os usados em carros e a maioria dos equipamentos modernos, são silenciosos. Mas há motores elétricos barulhentos por natureza. São motores com escovas, um componente interno que não parece em nada com uma escova.
A escova entra em contato com o rotor para inverter o campo magnético em sua passagem, permitindo o movimento. No diagrama abaixo, são as partes curvas em contato com o rotor.
Motores com escovas são geralmente de corrente contínua, então são típicos de aplicações que não vão direto na tomada, (que é corrente alternada), mas usam pilhas e baterias (que provém corrente contínua). Fazem aquele barulho típico de motor elétrico de brinquedo. Como lembra Catalano: “um Autorama”.
“Motores com escovas existiam em furadeiras, enceradeiras antigas”, diz Catalano. “É um barulho meio irrante. E isso passa do atrito mesmo, e isso gera ruído.”
Além dos motores a pilha, existem os chamados motores universais, que usam tanto corrente contínua quanto alternada, e podem aparecer em algumas aplicações como cortadores de grama, para poderem usar tanto bateria quanto cabo de energia. Já foram mais comuns em eletrodomésticos, mas hoje são relativamente raros.
Razão 2: contato com o ar
A escova explica por que um carrinho ou uma enceradeira velha são barulhentos, mas o liquidificador moderno geralmente usa o mesmo tipo de motor do carro: um motor de indução de corrente alternada. Mas ele não é idêntico ao motor de um carro.
Isso dá para se entender visualmente. Este é um motor elétrico de liquidificador:
E este é um motor elétrico de carro, produzido pela brasileira WEG:
Visivelmente, o motor do liquidificador é todo aberto, e até tem uma ventoinha atrás. O motor do carro é um bloco lacrado.
O mesmo que o liquidificador acontece numa furadeira, esmeril, etc.: são motores abertos ao ambiente. E isso é feito por design: a refrigeração do motor elétrico dessas ferramentas é a ar.
Também não é segredo para ninguém que motores elétricos produzem calor ao funcionar – e até causar problemas, como derreter componentes ou queimar. Em pequenos utensílios domésticos, o motor é exposto ao ar porque é a forma mais simples de refrigerá-lo: e alguns até contam com ventoinhas para ajudar. Isso obviamente gera barulho.
Mas o motor de um carro não pode ser refrigerado da mesma maneira. Motores de carros são hermeticamente fechados, e funcionam sem interação com o exterior. Por uma razão óbvia: eles andam na chuva e na lama. Ninguém iria querer o carro entrando em curto ao passar por cima de uma poça. Ou emperrando por causa de poeira.
Como eles se refrigeram então? “A água”, lembra o prof. Catalano. “Como um carro normal. Não só tem que refrigerar o motor, como tem que refrigerar a bateria.”
Sim, carros elétricos são refrigerados a água e inclusive possuem radiadores. Este é um radiador de um BYD Dolphin Mini:
Os carros elétricos dispensam grandes grades frontais porque, ainda que produzam calor, é relativamente muito menos que um carro a combustão interna. Até 80% da energia de um motor a combustão interna é desperdiçada, a maior parte como calor excessivo. Um carro elétrico também desperdiça parte de sua energia como calor, mas o número é mais próximo de 20%. O truque que torna esses carros ainda mais eficientes é o freio regenerativo: com ele, o carro acaba desperdiçando por volta de apenas 11% da energia.
Aliás, além do calor, outra parte da energia desperdiçada num veículo a combustão interna vem do… barulho. Fazer barulho consome energia, e o carro, com cabeçotes se movendo geralmente na direção transversal do movimento, vibra.
Razão 3: vibração
O motor de um carro é diferente também do de um liquidificador no fato de ele se mover de forma muito mais suave, enquanto o liquidificador vibra muito mais. “Um liquidificador é barulhento principalmente por causa da engrenagem ou todo do do sistema conectado a ela, como a com a lâmina e todo resto”, afirma Catalano. “Muitas vezes, o que a gente tá ouvindo também é ruído dos rolamentos. E aquilo vai se desgastando e vai aumentando muito o ruído.”
Um carro é feito para rodar por horas e horas continuamente. Um liquidificador, por segundos ou minutos. Isso significa que sua construção pode ser mais barata, e aceitar vibrações e ruído. A tremedeira pelos encaixes imperfeitos significa que o liquidificador não aguenta tempo demais ligado, nem é feito para isso.
“Obviamente quando você tem um negócio que você vai ficar muito tempo junto com ele, você vai ter que fazer alguma coisa para abafar esse ruído”, afirma Catalano. Pode se um liner que a gente põe, uma espuma absorvedora de ruído, ou fazer até sistema mais complexo contra geração de ruído.”
Razão 4: frequência do ruído
E há mais uma razão ainda por que maquininhas são percebidas como mais barulhentas que maquinonas: elas são menos poderosas.
Ruídos de frequências diferentes, mesmo se com o mesmo volume, são percebidos de forma diferente pelo cérebro humano. Há uma curva dessa percepção mas, em geral, ruídos de baixa frequência são percebidos como de maior volume. Um liquidificador típico funciona a até 1800 rpm. Carros podem chegar a até 30 mil rpms.
“Um motor de carro produz um ruído de alta frequência e esses ruídos se dissipam muito mais rápido na atmosfera”, afirma Catalano. “A distância que ele atinge é bem pequena. O de baixa frequência, mais grave, caminha muito mais longe na atmosfera.”
Assim, o som do motor do carro mal chega ao motorista. E o que chega ainda concorre com ruídos do ambiente, que tem frequências mais baixas. Basicamente tudo na rua, o barulho dos pneus e do ar se movendo em torno do carro. “É como uma lagoa”, diz o professor. “Você tem uma lagoa lá, e não sabe o que tem embaixo. Se a lagoa começa a secar, aparece um monte de coisa… vão aparecendo uns ruídos. Então o ruído maior predomina sobre os demais.”
Bônus: por que o trem “toca música” ao partir?
Para terminar, outro motor elétrico que não é silencioso: o trem. Alguns deles parecem até tocar uma música ao partir.
O que seria essa música? “O ruído do trem é do inversor”, afirma Catalano. “Faz como um apito, um apito grande, que vai mudando conforme vai aumentando a velocidade de rotação. O grande lance de inversor é que você tem um motor que você muda o RPM dele, mas não muda muito o torque, então você tem um torque praticamente constante. Isso é muito bom para para locomotiva.”
Inversor é o equipamento que muda a corrente contínua da alimentação para corrente alternada. Sem entrar em detalhes muito complexos : corrente contínua, como o nome diz, é constante. Já a corrente alternada é produzida como ondas: alternando sua direção constantemente. (Veja mais aqui.)
Essas ondas tem uma frequência: quantas vezes a corrente se inverte por segundo, medido em Hertz (1 Hertz = 1 vez por segundo). Som também é uma pressão aérea produzida de como ondas, que se mede também em Hertz.
Quando o trem entra em movimento, inicialmente a frequência provida pelo inversor é baixa, e se ajusta até a frequência ideal, de forma a manter o torque (tração) constante. Essa alteração de frequência no ruído do inversor é percebida como notas musicais: cada nota com uma frequência mais alta que a seguinte.
Saiba mais
- Why are electric cars so quiet, but every other device I have with an electric motor is noisy? – Quora
- Most of the energy you put into a gasoline car is wasted; this is not the case for electric cars – Sustainability by the Numbers
- Electric Vehicles Are Way, Way More Energy-Efficient Than Internal Combustion Vehicles – Motor Trend
- Entenda o que é corrente contínua e corrente alternada – EDP
- Why Electric Trains Make Interesting Sounds. I Made a Singing Train Motor! – Denki Otaku
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