No final do mês de abril de 2024 tivemos mais uma edição da M&T no centro de convenções Expo São Paulo. Como sempre com muitas novidades, lançamentos e a presença dos principais fabricantes de máquinas pesadas para o mercado da América Latina, especialmente o nosso no Brasil.
De todas as novidades apresentadas uma chama muito a atenção: máquinas pesadas elétricas. Apesar de não ser uma completa novidade, ficamos impressionados com o volume de oferta de modelos elétricos em vários estandes. Mas será que essa tecnologia virá para mudar nosso mercado ou será apenas uma alternativa para alguns segmentos? A resposta para esta pergunta não é tão simples. Nesta matéria traremos algumas considerações e análises para entender as viabilidades e restrições deste novo modelo energético para o segmento de máquinas pesadas no Brasil e América Latina.
Pá carregadeira Volvo Elétrica
Emissão de poluentes, níveis de ruído e vibrações
Desde a década de 70, o mundo vem passando por significativas mudanças no controle de emissões de poluentes em várias atividades industriais. Especialmente no segmento de máquinas pesadas, países com uma política dedicada ao controle de emissões como os Estados Unidos e toda a comunidade europeia, vem adotando medidas severas para garantir a qualidade do ar e condições ambientais sustentáveis para as suas respectivas sociedades.
Nestes cenários a busca por fontes alternativas de energia tornou-se uma constante e várias tecnologias surgiram a partir de pesquisas de universidades e dos grandes fabricantes de máquinas. Destaca-se a China, que apesar de instituir políticas de controle de emissões de poluentes interna depois dos Estados Unidos e Europa, tornou-se o principal fornecedor de máquinas para todo o mundo.
Nesta corrida energética, a China é hoje uma referência na produção mundial de baterias, principal componente para as máquinas elétricas. Não só pela capacidade industrial de entrega destes componentes, mas como um polo desenvolvedor de novas tecnologias.
Compreender as necessidades de emissão de poluentes nestes principais mercados é crucial para pensarmos em máquinas elétricas no Brasil e na América Latina. Infelizmente, o nosso país e a América Latina de uma forma geral, estão há anos luzes de uma política austera no controle de emissões de poluentes. Isso pode mudar? Claro, mas não vemos em curto e médio prazos ações governamentais que possam incluir o Brasil e nossos vizinhos em um alinhamento global nestas questões ambientais.
Mas porque é importante ter esta visão da emissão de poluentes nos principais mercados do mundo? Simples: o desenvolvimento de novas fontes energéticas não é apenas uma alternativa nestes mercados. É uma necessidade. Em algumas cidades do mundo como Londres e Oslo, o controle rigoroso não é apenas para emissão de poluentes, mas também vibrações e níveis de ruído. Estes locais exigem, através de normas severas, níveis de emissão zero e controle dos níveis de vibração e ruído principalmente em áreas residenciais e hospitalares.
É neste contexto que as máquinas elétricas entram, pois possuem emissão de poluentes zero e baixíssimos níveis de vibração e ruídos.
Apoio governamental e sustentabilidade
Um dos principais problemas para a tecnologia de máquinas elétricas não está nas máquinas, mas na infraestrutura necessária para o carregamento das baterias.
Sem um projeto amplo e sustentável com apoio governamental não há como desenvolver um ambiente favorável para a utilização da energia elétrica.
É necessário entender que, sem essa infraestrutura, não há como estabelecer a tecnologia de acionamento elétrico. Isso vale para equipamentos pesados e para outros segmentos como o automotivo que já enfrenta esta dificuldade no Brasil.
Além dos pontos de abastecimento é necessário o desenvolvimento de uma política de incentivo e normatização desta tecnologia. Caso contrário, a utilização de máquinas, carros e outros equipamentos com acionamento elétrico estará confinada à alguns segmentos e será apenas uma alternativa e não uma solução viável.
O que dizem os fabricantes
Vender é sempre o grande objetivo. E para isso são utilizados pontos importantes dos benefícios proporcionados pela tecnologia elétrica. O principal é o custo operacional. Como já é de praxe no nosso mercado de máquinas pesadas, falar com o bolso do cliente é sempre uma ferramenta eficiente de vendas.
E, neste quesito, as máquinas elétricas são realmente uma possibilidade real de redução de custos operacionais. Apesar de um valor de aquisição maior (cerca de 30% a mais que o mesmo equipamento movido à diesel) o custo operacional total é bem menor. Sem a presença do diesel no ciclo de custos operacionais e com a redução dos pontos e peças de manutenção como filtros de ar, filtros de óleo, óleo lubrificante, apenas para citar alguns deles, o custo de operação passa a ser um grande atrativo na aquisição de uma máquina elétrica.
Aliado às características de baixo nível de ruído e baixo nível de vibração (que prolongam a vida útil do equipamento), as máquinas elétricas ainda possuem excelentes respostas de desempenho, com agilidade (velocidades maiores em movimentos combinados) e forças nos mesmos patamares das máquinas convencionais. Isso porque o conjunto de baterias fornece um elevado torque e um tempo de resposta muito baixo. Ou seja, do ponto de vista de desempenho, as máquinas elétricas não deixam nada a desejar.
Outro fator importante é a medição da vida útil do equipamento. Um estudo da Volvo mostra que uma máquina à diesel que trabalha 10.000 horas terá cerca de 6.000 a 7.000 horas efetivas ao longo da sua vida útil quando for de acionamento elétrico. Isso porque, nos momentos de inatividade, a máquina elétrica desliga automaticamente, enquanto o equipamento à diesel estará em marcha lenta em que o operador não está em produção, como a espera por um caminhão para carga, falta de material para carregar, dentre outros.
O outro lado da moeda
Nem tudo são flores quando falamos em máquinas elétricas. Ao investir em um equipamento com esta tecnologia é necessário pensar em alguns pontos importantes e fundamentais que vão desde a infraestrutura local até a segurança do próprio operador.
Como já citado acima, equipamentos elétricos são diretamente dependentes de uma infraestrutura local. Possuir uma instalação elétrica adequada e aprovada pelas companhias elétricas não é uma tarefa fácil e rápida. A burocracia e as limitações de oferta de energia são pontos importantes na avaliação da estrutura necessária no seu local de trabalho. Se a máquina for trabalhar em apenas um local durante a sua vida útil, este trabalho inicial pode justificar as dores de cabeça e aborrecimentos para a adequação elétrica que receberá a máquina. Agora, se a máquina se desloca por vários locais, é preciso avaliar as condições e instalações em todos os pontos. Principalmente em relação à disponibilidade da voltagem requerida pelo equipamento. Este é o primeiro e mais importante passo na avaliação de compra de uma máquina elétrica.
Não podemos esquecer que uma forma de gerar energia elétrica é através de geradores movidos à diesel. Como nossa infraestrutura não está pronta para este novo desafio, podemos ter a utilização de máquinas elétricas com este tipo de geração de energia. Parece loucura, mas estamos no Brasil, onde tudo é possível. Neste caso, os custos seriam mais altos ainda, pois o diesel estaria presente novamente no processo. Quanto ao meio ambiente… só na base da oração!
Seguindo neste caminho, vale lembrar que não há no Brasil incentivos fiscais e comerciais (linhas de crédito) específicos para as máquinas elétricas. Portanto, quando pensar em comprar uma máquina elétrica é importante fazer as contas na ponta do lápis. Custos de aquisição e custos de operação. Certificar a viabilidade econômica é outro ponto fundamental.
Pensar em segurança é outro tema fundamental na escolha de um equipamento. Por se tratar de uma tecnologia relativamente nova, ainda não há registros suficientes que possam atestar a segurança completa da máquina. Em especial das baterias que necessitam de um controle muito preciso da temperatura de operação. Normalmente entre 20 a 40º C. Como estamos em um país tropical, onde as temperaturas podem ser elevadas em algumas regiões e muito baixas em outras, a falta de controle na temperatura de operação e carregamento das baterias (principalmente em cargas rápidas) pode gerar redução na vida útil de todo o equipamento e, em alguns casos, incêndios e explosões.
Sistema de arrefecimento de baterias
O controle da temperatura tem sido a grande preocupação dos fabricantes. Em geral, os conjuntos de arrefecimento contam com grandes ventiladores e sistemas à base de refrigerantes que circulam o grupo de baterias. Um outro problema é a gestão destes fluidos refrigerantes que podem facilmente serem confundidos em um canteiro de obras com fluidos de máquinas convencionais.
Outro ponto importante é a mão-de-obra qualificada. Em máquinas elétricas o mecânico convencional não será suficiente. É necessário contar com um profissional treinado e especializado nesta tecnologia. Se para as máquinas à diesel já é um tormento achar um profissional bem preparado, para as máquinas elétricas será um desafio ainda maior
Pensando em desempenho, um grande problema é o tempo de utilização da máquina e o tempo de recarga das baterias. Cada fabricante apresenta dados específicos para cada modelo. O que notamos é um disponibilidade reduzida de trabalho, algo em torno de 6 a 8 horas de jornada e um tempo elevado de recarga. Se for utilizada corrente alternada, a recarga poderá ser de 10 a 12 horas (carga lenta). Porém, são disponíveis cargas rápidas que podem variar de 1 a 2 horas, geralmente com corrente contínua. Para gerenciar bem estes tempos é necessária uma avaliação da utilização da máquina e do perfil da aplicação. Nossa sugestão é seguir à risca as orientações do fabricante.
Muitos fabricantes ofertam um período de garantia bem elevado para o grupo de baterias. De qualquer forma, vale a pena lembrar que em caso de reposição, o custo das baterias pode ser bem salgado e inviabilizar todo o investimento feito.
Por fim, pensando em retorno de investimento, ainda não temos em nosso mercado um histórico de preços de revenda de equipamentos elétricos. Isso afeta diretamente na avaliação financeira do projeto uma vez que o valor residual ainda é fator desconhecido. Portanto, sugerimos inicialmente uma depreciação de 100% do equipamento. Assim o cliente poderá ter uma real projeção dos custos financeiros que terá pela frente com a máquina elétrica.
Tipos de baterias
A grande maioria dos equipamentos utiliza um dos dois tipos de baterias: NMC ou LFP. Porém há estudos de outros formatos de armazenamento de poderão em breve estar presentes nos equipamentos elétricos.
Baterias tipo NMC
As baterias NMC combinam níquel, manganês e cobalto em diferentes proporções para obter um equilíbrio entre densidade de energia e vida útil. Elas usam um eletrólito líquido ou gel para facilitar o transporte de íons durante a carga e a descarga.
Vantagens:
- Alta densidade de energia: Permitem uma maior capacidade de armazenamento de energia em comparação com algumas outras tecnologias de bateria.
- Desempenho melhorado: Oferecem uma boa combinação de potência e capacidade, adequada para aplicações de alta demanda.
- Custo relativamente baixo: Comparadas a algumas outras tecnologias de bateria, as NMC tendem a ter um custo inicial mais acessível.
Desvantagens:
- Degradam mais rapidamente: A vida útil das baterias NMC pode ser mais curta em comparação com outras tecnologias devido à degradação dos materiais ao longo do tempo.
- Sensibilidade à temperatura: Podem ter um desempenho reduzido em temperaturas extremas, tanto muito altas quanto muito baixas.
Baterias tipo LFP
As baterias LFP utilizam um material de catodo composto de fosfato de lítio e ferro. Elas funcionam de forma semelhante às baterias de íon de lítio, movendo íons de lítio entre o ânodo e o catodo para armazenar e liberar energia.
Vantagens:
- Alta segurança: As baterias LFP são conhecidas por sua estabilidade química e térmica, sendo menos propensas a superaquecimento e incêndios, o que as torna uma opção segura para aplicações críticas.
- Longa vida útil: Elas geralmente têm uma vida útil mais longa em comparação com outras tecnologias de bateria, devido à estabilidade do material de catodo.
- Tolerância a ciclos de carga: Mantêm um desempenho consistente ao longo de muitos ciclos de carga e descarga, sem perder significativamente a capacidade de armazenamento de energia.
Desvantagens:
- Baixa densidade de energia: Em comparação com algumas outras tecnologias, as baterias LFP podem ter uma capacidade de armazenamento de energia um pouco menor.
- Custo inicial mais elevado: Costumam ter um custo inicial mais alto em comparação com algumas outras tecnologias devido aos materiais utilizados.
Em resumo, as baterias NMC oferecem uma boa combinação de capacidade e custo, enquanto as baterias LFP são conhecidas por sua segurança e longa vida útil (quase o dobro quando comparada com as baterias NMC), embora possam ter uma capacidade de armazenamento um pouco menor e um custo inicial mais alto. A escolha entre essas tecnologias depende das necessidades específicas de cada aplicação, considerando fatores como desempenho, segurança, custo e vida útil.
Em máquinas maiores é mais comum a utilização das baterias tipo NMC em função da alta densidade da energia. Isto permite volumes menores do conjunto de bateria evitando sobrepeso no equipamento e menor custo de aquisição.
Ainda é possível encontrar baterias de íons de lítio usadas em carregadeiras elétricas e empilhadeiras. Mas sua utilização está limitada ao porte do equipamento.
Mercados e modelos
A grande oferta de máquinas elétricas está concentrada em três linhas no Brasil: pás carregadeiras acima de 5.000 kg de carga operacional, escavadeiras hidráulicas de grande porte e miniescavadeiras. Esse perfil de equipamentos mostra como o mercado está polarizado. Em um extremo máquinas grandes que podem abastecer segmentos específicos como a mineração e no outro extremo máquinas pequenas, que utilizam poucas baterias, para atividades urbanas.
Estamos falando de nichos de mercado. No caso das miniescavadeiras, surfamos na onda dos mercados americano e europeu, onde há uma grande gama de fabricantes que ofertam este tipo máquina com acionamento elétrico. Porém, como já dito anteriormente, com políticas governamentais e infraestruturas adequadas para a sua utilização.
Escavadeira Elétrica SANY na mineração
No caso da mineração temos sim uma grande oportunidade para as máquinas elétricas através de parcerias longas entre fabricantes, concessionárias e grandes empresas do setor. Como se trata de uma atividade localizada e bem controlada, a aplicação da tecnologia elétrica pode ser uma excelente alternativa ou até mesmo uma solução. Vale lembrar que algumas empresas já utilizam máquina elétricas a cabo (escavadeiras), de grande porte, em suas atividades.
Porém, para outros segmentos como locação, construção civil de todos os portes, agricultura, obras públicas e outros, a utilização de máquinas elétricas ainda está longe de uma presença significante. Alguns clientes já estão testando esta possibilidade, mas ainda não há movimentos de uma migração sistêmica para as máquinas elétricas. Será uma grande jornada de testes e estudos de viabilidade até que tenhamos um grande volume de máquinas elétricas. Se é que vamos ter…
Do ponto de vista técnico, vale lembrar que as máquinas elétricas ofertadas no nosso mercado são máquinas convencionais que foram adaptadas para a energia elétrica através da utilização de motores elétricos acionados pelas baterias. É importante ressaltar esta característica pois ainda não contamos com projetos que foram concebidos especificamente para o acionamento elétrico. Podemos ter em breve novos projetos que otimizam a energia elétrica tornando este tipo de equipamento ainda mais eficaz e com menor custo de aquisição e operacional.
Outras fontes de energia
A tecnologia de acionamento elétrico através de baterias não é a única presente no mercado de máquinas pesadas. Vários outros estudos estão em curso e podem ocupar um significativo espaço muito em breve. Podemos citar a utilização do hidrogênio em células de energia ou como combustível para motores de combustão interna (ICE) como uma das principais fontes de energia. Muitos fabricantes como Volvo, JCB, Komatsu, dentre outros, apostam no hidrogênio como fonte de energia do futuro. O hidrogênio é o componente mais abundante no nosso planeta e o produto final da reação química é a água. Por isso é uma alternativa muito estudada e que poderá fazer frente ao acionamento elétrico.
Retroescavadeira JCB movida à Hidrogênio em testes na Inglaterra
Aqui vai um resumo das vantagens e desvantagens da tecnologia elétrica em máquinas pesadas:
Aspectos positivos
- Respostas mais rápidas e alto torque
- Velocidades maiores em movimentos combinados
- Força e potência equivalentes a uma máquina convencional
- Possibilidade de recuperação de energia a partir dos movimentos da máquina
- Precisão dos comandos de deslocamento e dos implementos
- Máquinas silenciosas – conforto de operação e conforto para a sociedade
- Baixo nível de vibração – aumento da vida útil do equipamento
- Baixo custo operacional – TCO
- Emissão zero de poluentes
- Não utiliza combustíveis fósseis
- Manutenção reduzida
- Menor dependência dos operadores na manutenção
- Equipamento apto às regulamentações ambientais para combater o aquecimento global e criar sociedades de baixo carbono
Aspectos negativos
- Descarte de baterias ainda é um problema ambiental
- Valor de aquisição elevado quando comparado com máquinas convencionais do mesmo porte
- Falta de política pública e incentivos fiscais
- Falta de linha de crédito para este tipo de equipamento
- Controle de temperatura do conjunto de baterias
- Necessidade de infraestrutura para carregamento das baterias
- Baixa autonomia de trabalho
- Elevado tempo de recarga das baterias
- Alto valor para reposição das baterias
- Riscos de incêndio e explosão das baterias
- Necessidade de um profissional qualificado em mecânica e elétrica para manutenção
- Valor de revenda desconhecido
Antes de optar por uma máquina elétrica, considere todas as particularidades da sua operação, as condições de infraestrutura presentes no seu ambiente de trabalho e faça uma análise financeira bem detalhada para certificar que a opção de energia elétrica é realmente viável para sua atividade.
Apesar de todos os benefícios proporcionados pela energia elétrica em máquinas pesadas acreditamos que o caminho será longo e muitos estudos ainda precisam ser elaborados para que a comunidade da linha amarela esteja segura da sua utilização.
A realidade de investimentos e infraestrutura no Brasil e América Latina é completamente diferente dos países desenvolvidos. Lembre-se que a maioria dos fabricantes são globais e muitas vezes estão interessados em aplicar seus modelos em novos mercados como o nosso. Por isso, é importante ter em mente que as análises que precisamos estão em um contexto bem particular da nossa realidade.
A OPERACTION está sempre atenta às novidades do mercado. Por isso, estudamos as novas tecnologias e suas aplicações para que nossos clientes tenham a maior quantidade de informações e possam trabalhar seus programas de eficiência e redução de custos. Acreditamos que as máquinas elétricas e outras fontes de energia como o hidrogênio terão sim um papel importante em um futuro próximo. No entanto nossa realidade ainda é o diesel e temos que desenvolver projetos para a economia deste combustível para tornar as atividades e aplicações atuais ainda mais rentáveis.
Ainda temos um grande desperdício de combustível na grande maioria das aplicações no Brasil. Operadores com baixo nível de informação e processos de gestão de combustível precários são alguns dos fatores que elevam os custos operacionais das atuais máquinas movidas à diesel. Temos que otimizar o que já temos para pensar em evolução de fontes de energia. Caso contrário, cometeremos os mesmos riscos de gestão com as novas tecnologias.
Conheça o programa DE OLHO NO CONSUMO da OPERACTION. Podemos ajuda-lo a reduzir os custos com a gestão de combustíveis na sua aplicação.
Fonte: Operaction – Eng. Marcus C. Lacerda e Eng. Paulo Tagliaferri