Pesquisa: Maior conforto térmico na cabine e redução do consumo de combustível

A conjunção desses fatores – melhorar a climatização dentro dos veículos, otimizar o consumo de combustível e minimizar a emissão de poluentes – levou o mestre em Engenharia Automotiva pela Poli/USP a desenvolver projeto de aprimoramento no sistema de climatização veicular, a fim de proporcionar maior conforto térmico na cabine do veículo. Em sua pesquisa, a redução do consumo de combustível ficou em torno de 5% ao utilizar compressor com pistões de deslocamento variável em substituição ao compressor com pistões de deslocamento fixo.

Em um país tropical como o Brasil, com a agravante do efeito estufa, a preocupação em buscar soluções que reúnam temperatura mais amena dentro dos veículos e menor consumo de combustível tornaram-se necessidades recorrentes. A tal ponto que, cada vez mais, itens como conforto e segurança vêm se revelando tão importantes na escolha e compra de um veículo quanto o seu custo e desempenho.

Entretanto, em função dos custos, a indústria automotiva nacional enfrenta grandes desafios para desenvolver novos produtos, nos quais se incluem os sistemas de climatização veicular. Os sistemas que já existem com eficiência foram desenvolvidos para veículos de luxo, distantes do poder aquisitivo da maioria da população, além de provocarem maior impacto no consumo de combustível. Por outro lado, projeções de mercado indicam crescimento de produção/venda de veículos com sistema de ar condicionado para os próximos anos.

É este cenário que motivou Marcelo Blanco Bolsonaro de Moura, mestre em Engenharia Automotiva pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli/USP) a desenvolver sua tese de mestrado Aprimoramentos em sistema de climatização veicular para melhoria de condições ambientais de cabine e redução no consumo de combustível, que contou com a orientação do prof. Dr. Arlindo Tribess. Os resultados apontaram para um maior conforto térmico, atendendo as condições ambientais estabelecidas pela Ford Motor Co, montadora onde o mestre atuava como engenheiro de Produção Pleno por ocasião do desenvolvimento desse trabalho.

Conforto térmico

Esse crescente interesse por condições de conforto pelo usuário vem impondo às montadoras soluções que ofereçam de maneira eficaz a sensação de bem-estar dos ocupantes dos veículos. O sistema de climatização veicular tem como função principal manter o ambiente dentro da cabine do veículo o mais próximo possível do conforto térmico, seja por aquecimento ou resfriamento. No Brasil, devido às condições climáticas, o resfriamento é o foco principal.

Considera-se conforto térmico quando ele incide sobre o corpo todo, sem grandes variações de temperatura entre os pés e a cabeça. Dentro de um automóvel ocorrem alterações térmicas e de velocidade do ar significativas, com grandes e transitórias assimetrias de temperatura durante o processo de resfriamento e aquecimento. Nos veículos, as saídas de ar geralmente são pequenas e o espaço confinado prejudica a circulação do ar. Acrescente-se uma grande incidência solar e isolação adicional devido aos bancos para compreender o contexto da busca pelo conforto térmico. É necessário que o sistema seja bem elaborado para poder atuar de forma eficiente na remoção do calor do interior da cabine e dissipação no ambiente externo e ser compacto e leve por estar montado no veículo.

De acordo com Marcelo Moura, “algumas montadoras tratam o sistema de climatização como uma caixa preta isolada e passam a responsabilidade pelo projeto e avaliação do seu desempenho para um parceiro, que muitas vezes faz o projeto sem ter grande conhecimento dos outros subsistemas que terão interfaces com esse sistema”. Ressalta, ainda, que as especificações passadas pelas empresas montadoras de veículos nem sempre deixam muita liberdade para o projeto do sistema de climatização. Esta multiplicidade de técnicas de projeto e de avaliação de conforto térmico acaba por gerir um sem número de padrões e critérios, dificultando a oferta dos fornecedores de sistemas de climatização veicular.

Outro aspecto a destacar é que o sistema de climatização veicular afeta o consumo de combustível. Como os demais periféricos, está acoplado ao motor de combustão interna, que por si só demanda consumo para poder operar, se apropriando de uma certa potência do motor.

No seu trabalho, Marcelo Moura abrangeu aprimoramentos tanto na caixa de ar quanto no ciclo de refrigeração de uma perua offroad, com motor bi-combustível de 1600 cm3. O autor revela que o principal fator na escolha deste veículo é por ser o mais importante em termos de vendas e lucro para a montadora na qual trabalhava, além de utilizar sistema de climatização com compressor de deslocamento fixo. Ressalta, pequenas adaptações.

Os testes de desempenho do sistema de climatização foram executados inicialmente com o sistema convencional de ar condicionado, sem nenhuma modificação (sistema de referência). Ao longo do desenvolvimento do trabalho, entretanto, algumas modificações foram introduzidas para que se pudesse determinar o impacto delas no desempenho do sistema.

Os resultados mostraram que os aprimoramentos melhoraram as condições ambientais na cabine do veículo, atingindo-se os parâmetros estipuladas pela montadora. Além disso, a utilização de compressor com pistões de deslocamento variável apresentou redução de consumo de combustível em torno de 5% em relação ao compressor com pistões de deslocamento fixo.

De acordo com Moura, outra conclusão importante é que se pode intervir em um sistema de climatização adaptando componentes mais modernos, com algumas vantagens sobre os utilizados pelo sistema original, sem a necessidade de se desenvolver um novo sistema de climatização, que acarretaria um custo maior, principalmente no desenvolvimento de uma nova caixa de ar. Ele reconhece, também, que, quando se começa um novo projeto, tem-se mais liberdade para trabalhar. Adverte, porém, que o sistema de climatização no Brasil ainda é considerado um acessório de luxo, o que faz com que as oportunidades de se desenvolver um novo sistema sejam raras. Por não ser o foco do trabalho, o fator custo não foi abordado. Entretanto, o mestre reconhece que se trata de um fator decisivo quando se está na fase de negociações internas para determinar quais sistemas periféricos deverão ser trabalhados, além das mudanças no design do veículo. “Muitas vezes, é mais interessante para a montadora desenvolver um novo sistema de áudio, que poderá ser utilizado como um diferencial de venda, do que melhorar o sistema de climatização”, conclui.