EXPLORANDO O CARRO ELÉTRICO
Categoria: Ensino Médio
Modalidade: Matemática Aplicada e/ou Inter-relação com outras Disciplinas
BEUTING, Kauan; QUEIROZ; Yasmin Walker Maciel; STEIN, Suelen Sasse.
Instituição participante: Instituto Maria Auxiliadora – Rio do Sul/SC
INTRODUÇÃO
O seguinte trabalho foi realizado por alunos do 2º e 3º ano do Ensino Médio do Instituto Maria Auxiliadora e integrantes do Clube de Matemática, durante os anos de 2021 e 2022. O mesmo envolveu a disciplina de matemática, além de pesquisas complementares em outras áreas do conhecimento. Através dos encontros quinzenais, o Clube da Matemática, orientado pela professora Suelen Sasse Stein, teve como objetivo elaborar um projeto para a Feira de Matemática que envolvesse um assunto atual e que pudesse ter aplicação no cotidiano.
Inicialmente, a principal ideia que surgiu para a sua elaboração foi explorar e entender mais sobre o carro elétrico que vem ganhando importância nas discussões sobre sustentabilidade e energia.
Sobre a importância desse tema, segundo Baran e Legey (2010), um fator determinante para o crescimento da frota de automóveis elétricos no Brasil é o nível de desenvolvimento econômico do país. Ou seja, maiores avanços na economia brasileira aceleram o crescimento da frota nacional, enquanto períodos de baixos índices de desenvolvimento fazem com que o crescimento do número de veículos elétricos seja desacelerado. Além disso, no Brasil, a criação de medidas governamentais para incentivar a produção e utilização de carros elétricos poderia proporcionar vantagens importantes. Entre elas, uma renovação do setor automobilístico, o que geraria, a longo prazo, benefícios estratégicos e ambientais. Tudo isso considerando que essas políticas gerassem, de fato, o uso do carro elétrico em larga escala.
A partir desse cenário, os questionamentos: quais seriam as vantagens e desvantagens financeiras do carro elétrico em relação ao carro a combustão? e se sua compra se referia a um investimento que se pagaria com o seu uso, comparado ao custo de um carro movido agasolina?, foram algumas das dúvidas que motivaram os cálculos matemáticos presentes no projeto. Vale ressaltar, entretanto, que o projeto ainda está em andamento e seria necessário mais coletas de
dados e tempo de experimentação para chegar em conclusões mais assertivas. Paralelamente, surgiu também a ideia de construir um pequeno protótipo de carrinho elétrico com controle remoto. A ideia por trás disso era poder conhecer um pouco mais sobre os sistemas que envolviam sua parte elétrica, obviamente, muito mais simples que a de um veículo em tamanho real, mas que poderia ajudar o grupo a ter uma visualização melhor sobre o assunto como um todo. Dessa maneira, mais informações poderiam ser compartilhadas com as pessoas que se interessassem pelo projeto.
CAMINHOS METODOLÓGICOS, RESULTADOS E DISCUSSÃO
Durante os encontros do Clube de Matemática, o primeiro passo dado foi a construção de um carrinho elétrico, a partir de materiais mais sustentáveis. O modelo utilizado como referência foi retirado de um vídeo do canal do YouTube “Manual do Motor Stirling”
(WAGNER, 2022). O processo de montagem iniciou-se com a estrutura, sendo feita com os palitos de picolé, e o corte das rodas, utilizando um chinelo de borracha em bases de latas de refrigerante. Posteriormente, com o auxílio da escola com relação aos custos, foram adquiridos 2 motores de 6 V com eixo duplo e uma placa de recepção com controle para a montagem da parte elétrica do carrinho. Com relação à carroceria do carrinho, o grupo ainda busca uma maneira mais eficiente e sustentável de montagem.
Com esse carrinho, os alunos procuravam ter uma espécie de maquete de um carro elétrico que, semelhante aos motores elétricos originais, tivesse como objetivo ser mais sustentável e prático. Durante o seu processo de construção, os alunos buscaram entender sobre circuitos elétricos, o funcionamento básico de um motor que transforma energia elétrica em mecânica, além dos níveis de dificuldade e cuidados com cada parte do processo de montagem.
O carrinho, no momento do envio desse relato de experiência, ainda se encontra em construção, faltando os últimos ajustes na sua parte elétrica e o término de sua aparência externa.
O segundo passo do projeto foi comparar e calcular as diferenças de custo entre um carro elétrico e um carro a combustão. Para isso, foram realizadas coletas de dados no posto Olegário Petro de Rio do Sul/SC e da experiência a partir da observação de qual o gasto do carro a combustão de modelo Fiat Linea Essence 1.8 16V (Flex) 2012, no trajeto da casa de uma aluna do grupo até a escola.Os cálculos tiveram enfoque em verificar o aproveitamento e o custo financeiro a cada abastecimento. Foram calculados os níveis de eficiência do motor e o custo de alimentação de 2 meios de transporte: o carro à gasolina já mencionado e um carro
elétrico de modelo JAC E- JS1, lançado em 2021 e desenvolvido pela Jac Motors em parceria com o Grupo Volkswagen, que é o mais financeiramente acessível da categoria, com preço a partir de R$ 159.900. O custo para o abastecimento dos dois modelos foi baseado na capacidade do tanque/bateria de cada um e, também, no preço da gasolina de R$ 6,969 no dia 30 de junho de 2022. Nessa pesquisa, o valor considerado para a recarga do modelo elétrico é nulo, já que ela é disponibilizada gratuitamente no posto entrevistado. Além disso, utilizando os respectivos níveis de consumo médio de cada transporte, foi possível verificar o alcance e o rendimento de um abastecimento.
Quadro 1 – Comparação de preços e de capacidade dos veículos
Meios de Transporte Carro à Gasolina Carro Elétrico
Capacidade para Reabastecimento 60 L 30,2 kWh
Preço por Litro/kWh R$ 6,969 R$ -
Preço por Abastecida R$ 418,14 R$ -
Quilometragem por Litros/kWh 10 km 10 km
Aproveitamento por abastecida 600 km 302 km
Fonte: Autores (2022)
Com essas médias calculadas, é possível notar que, mesmo possuindo o mesmo consumo médio do carro à gasolina, o carro elétrico possui um aproveitamento por abastecimento menor, chegando perto de 50%. Isso dá-se, pois, sua capacidade de armazenagem de quilowatt-hora não é suficiente para igualar-se aos 60 L de gasolina do carro popular. Tal informação mostra que o carro elétrico necessita de um número maior de abastecidas para percorrer um mesmo percurso que um carro à gasolina e, levando em conta a impraticidade de sua recarga, atrapalha seu desempenho no cotidiano.
Outro ponto analisado foi o custo mensal para percorrer um trajeto de 5 quilômetros:
distância da escola até a casa de uma aluna que participa dos encontros do clube, utilizada como base para comparar o modelo elétrico e a combustão.
Tabela 2 – Comparação de Uso de Combustível e Custo com Trajeto de 5 km Meios de Transporte Carro à Gasolina Carro Elétrico
Gasto de Combustível 0,5 L 0,5 kWh
Custo R$ 3,485 R$ -
Gasto Diário de Combustível (ida e volta) 1 L 1 kWh
Custo diário R$ 6,969 R$ -
Gasto Mensal de Combustível (20 dias úteis) 20 L 20 kWh
Custo Mensal R$ 139,380 R$ -
Número de Abastecidas 1 1
Fonte: Autores (2022)
Ao analisar esses números é nítido que, em trajetos curtos, o carro elétrico é mais viável. Apesar de os 2 transportes necessitarem somente de uma abastecida, o carro elétrico possui vantagem ao não possuir custo para abastecer, comparado ao gasto dos demais veículos com gasolina.
Para um olhar mais realista, foi observado o desempenho dos dois carros em um trajeto maior, utilizando a distância entre Rio do Sul e Rio do Oeste. Esse percurso buscou demonstrar o aproveitamento dos veículos em um circuito diário mais significativo, imaginando a situação de um indivíduo empregado em uma cidade diferente da sua.
Tabela 3 – Comparação de Uso de Combustível e Custo com Trajeto de Rio do Sul a Rio do Oeste (aprox. 20 km)
Meios de Transporte Carro à Gasolina Carro Elétrico
Gasto de Combustível 2 L 2 kWh
Custo R$ 13,938 R$ -
Gasto Diário de Combustível (ida e volta) 4 L 4 kWh
Custo diário R$ 27,876 R$ -
Gasto Mensal de Combustível (20 dias úteis) 80 L 80 kWh
Custo Mensal R$ 557,520 R$ -
Número de Abastecidas 2 3
Autores (2022)
Com esse percurso de, aproximadamente, 20 km, é perceptível um gasto significativo com a gasolina, o que não é necessário no transporte com o carro elétrico. Entretanto, esse necessitou de um número maior de abastecimentos, diminuindo sua praticidade.
Após a elaboração das tabelas, o terceiro passo do projeto foi o cálculo para descobrir em quanto tempo o valor mínimo de compra do modelo elétrico JAC E-JS1 se pagaria, comparado ao preço do carro a combustão de modelo Fiat Linea Essence 1.8 16V (Flex) 2012.
Para isso, foi imaginado o cenário do trajeto diário de ida e volta da tabela 2 apresentada anteriormente e feita a pergunta “Quanto tempo levaria para o valor do combustível gasto no
percurso superar o excedente do valor de compra do carro elétrico comparado ao carro a combustão? ”
Então, para responder a pergunta, primeiramente, é preciso pegar o valor de compra do JAC E-JS1, equivalente a R$159.900, e diminuir o valor do Fiat Linea Essence da tabela FIPE em 2022, equivalente a R$28.972. Fazendo isso, descobre-se que o JAC E-JS1 é R$130.928 mais caro que o Fiat Linea Essence. Depois, sabendo que a recarga do carro elétrico é gratuita e que o custo diário com gasolina do trajeto de 5 Km (Ida e volta) com o carro a combustão é de R$ 6,969, é preciso descobrir em quantos dias X o valor gasto com gasolina será igual a R$ 130.928. Portanto:
6,969 . 𝑋 = 130 928 𝑋 = 130 928 / 6,969 𝑋 ≃ 18 787,2
Ou seja, nesse cenário, levariam aproximadamente 18 787 dias até que o valor economizado com gasolina no trajeto de ida e volta de 5 km compensasse o valor da compra do carro elétrico. Esse número de dias, dividido por 365, corresponde a um pouco mais que 51 anos. Ainda assim, é preciso lembrar que esse cálculo só leva em conta o trajeto mencionado anteriormente, já que, para uma estimativa mais precisa, seria preciso observar todos os gastos em gasolina gerados pelo carro a combustão durante um dia, e não só durante o percurso de 5 km.
CONCLUSÕES
Através das diferentes tentativas de construção do carrinho elétrico, foi notada pelos participantes do projeto a dificuldade em fazer a parte elétrica do carrinho funcionar, mesmo ela sendo relativamente simples e em pequena escala. Isso deixou ainda mais evidente que, durante a história dos veículos automotivos, a quantidade de tecnologia que teve que ser desenvolvida para se obter os veículos elétricos que temos hoje foi muito grande. Esse é um dos motivos que fazem com que o produto final seja tão caro, principalmente em países menos desenvolvidos onde não há o investimento adequado nessa área.
Conforme foi observado durante o desenvolvimento do projeto na elaboração das tabelas comparativas e outros cálculos, o carro elétrico possui vantagens e desvantagens com relação ao carro a combustão e o transporte por ônibus. É possível destacar, entre as principais desvantagens do carro elétrico, o seu preço de compra muito maior que o de um carro a combustão e a sua pouca praticidade no abastecimento, que é demorado e precisa ser feito com
uma frequência maior. Entre as suas vantagens está a economia total do que seria gasto em gasolina, pois sua recarga é gratuita. Apesar disso, foi notado através dos cálculos que a gratuidade da recarga demoraria muito tempo para compensar o que é gasto em gasolina com um carro a combustão, devido ao valor de compra alto do carro elétrico.
Por fim, os autores da pesquisa também repararam que, em uma próxima coleta de dados, seria interessante comparar os gastos com gasolina e ao preço de compra dos veículos com outros modelos diferentes de carros a combustão e carros elétricos, inclusive híbridos, para obter resultados mais fidedignos. Seria interessante também, pegar um modelo de carro disponível nas duas versões, elétrica e a combustão, lançadas em um intervalo de tempo menor que o do Fiat Linea Essence de 2012 e o JAC E-JS1 de 2021. Assim, o cálculo utilizado nesse relato de experiência poderia ser replicado para avaliar um conjunto maior de situações de uma forma mais realística.
REFERÊNCIAS
BARAN, Renato; LEGEY, Luiz Fernando Loureiro. Veículos elétricos: história e perspectivas no Brasil. BNDES Setorial, Rio de Janeiro, n. 33, p. 207-224, mar. 2011.
SALÃO DO CARRO. Tabela Fipe Fiat Linea Essence 1.8 Flex 16V 4p 2012. 2022.
Disponível em: <https://salaodocarro.com.br/tabela-fipe/fiat/linea/2012/essence-18-flex-16v- 4p.html> Acesso em: 21 de jul. 2022.
JAC MOTORS. Veículos elétricos: detalhes., 2019. Disponível em:
<https://www.jacmotors.com.br/veiculos/eletricos-detalhes/e-js1> Acesso em: 21 jul. 2022.
WAGNER, Leandro. Novo método revelado: como fabricar um carrinho de controle remoto RC! sem motor Stirling. Disponível em
<https://www.youtube.com/watch?v=7VvrpW6vKBE>. Acesso em: 14 abr. 2022.
Dados para contato: Trabalho desenvolvido com as turmas do 2º e 3º ano, da Escola Instituto Maria Auxiliadora, do município de Rio do Sul/SC, pelos alunos: Guilherme Lopes Elias;
Kauan Beuting; Milena Furlani Schmitz; Yasmin Walker Maciel Queiroz.
Expositor: Kauan Beuting; e-mail: kauanbeuting8@gmail.com;
Expositor: Yasmin Walker Maciel Queiroz; e-mail: yasminwalkerq@gmail.com;
Professora Orientadora: Suelen Sasse Stein; e-mail: suelensassestein@gmail.com.
