Perguntas frequentes…

Trata-se de uma embarcação equipada com um sistema de propulsão que combina duas ou mais fontes de energia: um motor de combustão interna, um motor elétrico e baterias para armazenar a energia elétrica gerada.

O objetivo é reduzir o consumo de combustível e as emissões, além de maximizar o conforto, gerenciando de forma eficiente a flexibilidade entre as diferentes fontes de energia.

Até esse ponto, o conceito é semelhante ao de um carro híbrido.

Contudo, o mundo da propulsão marítima, embora compartilhe tecnologias com o setor automotivo, baseia-se em fenômenos físicos distintos. Um barco se move graças ao impulso da hélice, que vence a resistência da água ao movimento do casco. Já nos automóveis, a potência do motor endotérmico é utilizada para vencer o atrito de rolamento das rodas.

Além disso, fatores ambientais como ondas e correntes, além da ausência de subidas e descidas como ocorre na terra, tornam as aplicações marítimas muito diferentes das terrestres. A principal diferença entre ambos os contextos está na padronização versus a personalização.

Enquanto os carros são produtos altamente padronizados — mesmo nas versões híbridas —, no setor náutico há uma grande diversidade de aplicações. Desde um iate aberto de 5 metros com motor de popa até um superiate de 80 metros com propulsores azimutais, há enormes variações técnicas, operacionais e de desempenho.

Essa diversidade exige, para cada aplicação, o desenvolvimento de uma solução de propulsão personalizada.

A propulsão híbrida marítima se divide em duas categorias principais: híbrida paralela e híbrida em série.

Nos sistemas de propulsão híbrida paralela, tanto o motor diesel quanto o motor elétrico estão conectados à hélice. Isso permite que a embarcação opere apenas com o motor a diesel, apenas com o motor elétrico ou com ambos simultaneamente — sendo essa também a configuração mais comum no setor automotivo.

Já em sistemas híbridos em série, o motor diesel aciona um gerador que produz energia elétrica. Essa energia, armazenada em baterias, alimenta exclusivamente o motor elétrico, que é o único conectado à hélice.

As baterias são componentes essenciais em sistemas híbridos, pois convertem energia química em energia elétrica por meio de uma ou mais células internas que armazenam e liberam energia conforme a demanda. Existem diversos tipos de baterias, cada uma com características específicas, capazes de atender a requisitos variados de tamanho, design, temperatura de operação e composição química.

Atualmente, as baterias de íons de lítio vêm ganhando destaque em relação às tradicionais baterias de chumbo-ácido. Também começam a surgir as baterias de sal, que operam em temperaturas mais baixas, são atóxicas, recicláveis e não apresentam risco de incêndio.

As baterias de chumbo-ácido são econômicas e amplamente disponíveis em diversos tamanhos, mas exigem manutenção frequente.

Já as baterias de lítio, especialmente as do tipo NMC (níquel-manganês-cobalto), LFP (lítio-ferro-fosfato) e LTO (lítio-titanato), vêm registrando um crescimento acelerado impulsionado pela eletromobilidade, graças à sua alta densidade de energia. Elas são utilizadas tanto para alimentar cargas auxiliares quanto como baterias de tração. No entanto, apesar de seu desempenho elevado, ainda enfrentam desafios relacionados à segurança, principalmente no aspecto térmico. A expectativa é que avanços tecnológicos tragam melhorias significativas nos próximos anos.

As baterias de estado sólido surgem como uma possível solução para muitos dos problemas das baterias de lítio. Com densidade energética ainda maior e sem risco de inflamabilidade, oferecem design mais compacto e flexível — uma vantagem significativa para o transporte pesado e para aplicações no setor naval.

Por fim, as baterias de lítio-ar representam uma revolução em potencial, com promissora densidade energética muito superior às tecnologias atuais. 

O sistema de gerenciamento de bateria (BMS) pode monitorar e controlar a autonomia e a segurança do conjunto de baterias, controlando as tensões, as temperaturas e as correntes das células individuais.

O BMS monitora o estado de carga e a capacidade da bateria, indica seu estado de saúde e impede a operação fora dos limites de segurança.

Os sistemas de detecção de incêndio conectados a um sistema de alarme central asseguram uma resposta imediata e garantem a segurança a bordo.

Apesar dos receios e da falta de confiança, pesquisas e investimentos recentes no campo das baterias mostram que é possível uma navegação mais eficiente, segura, confiável e sustentável. Com baterias mais seguras e sustentáveis que garantem maior autonomia aos navios, o futuro da navegação marítima tem todos os ingredientes para se tornar tão promissor, eficiente e ecológico quanto o setor automotivo. 

A primeira vantagem de um sistema de acionamento híbrido serial é que ele oferece uma flexibilidade considerável ao sistema de acionamento, otimizando o desempenho dos motores a diesel e melhorando sua eficiência. Essa flexibilidade se deve à separação completa entre as fontes de energia e os consumidores, o que permite um gerenciamento de energia mais eficiente. A maior independência da fonte de energia primária, o motor diesel, e sua dissociação mecânica do trem de força também contribuem para um maior conforto a bordo, pois o ruído e as vibrações são significativamente reduzidos.

No entanto, o uso desse tipo de propulsão tem um impacto significativo no custo total do navio: quanto mais complexo for o sistema, maior será o esforço de projeto necessário para torná-lo o mais completo e eficiente possível e de acordo com as necessidades e os requisitos do navio.

Portanto, o investimento inicial será maior do que o dos acionamentos convencionais.

O desafio para a equipe de Soluções de Acionamento Híbrido e Elétrico da VULKAN torna-se ainda maior quando se trata de implementar um acionamento híbrido em série em uma embarcação existente. 
Nesse caso, os especialistas da VULKAN devem considerar cuidadosamente o layout existente, os pesos e tamanhos relativos das máquinas, o espaço disponível e as tecnologias já em uso.  

Imagine navegar em uma embarcação com um perfil operacional variável em um período de tempo limitado, com fases frequentes de aceleração e desaceleração: grandes embarcações de lazer (superiates com mais de 60 metros), embarcações de passageiros (cruzeiros) ou barcos de trabalho são o exemplo perfeito de aplicações em que um acionamento híbrido serial é a melhor solução.

A situação muda (e significativamente) quando se trata de equipamentos de médio porte, em que o espaço disponível é limitado, as horas de operação anuais raramente atingem valores altos (5.000 horas) e o conforto e o relaxamento do usuário são fundamentais. 

Nos sistemas de acionamento híbrido paralelo (em que o motor elétrico tem o mesmo eixo que o motor diesel), as configurações em linha e paralela (em que o eixo do motor elétrico é “subordinado” ao eixo de acionamento) têm características e efeitos diferentes.

A configuração em linha oferece vantagens óbvias:

• A compactação e a leveza são perfeitas para espaços limitados.
• A robustez e a confiabilidade do sistema garantem um desempenho consistente ao longo do tempo.
• Um nível adicional de segurança é obtido graças à modularidade alcançada por meio da padronização dos componentes híbridos e da segurança elétrica avançada que atende aos mais altos padrões do setor.
• A personalização permite soluções sob medida, combinando motores a diesel de diferentes potências com motores elétricos que atendem aos requisitos específicos do projeto e do cliente.
• A flexibilidade do pacote o torna ideal tanto para embarcações de lazer quanto para embarcações comerciais.
• Por outro lado, a configuração paralela (com “eixo secundário”) é caracterizada por maior flexibilidade no controle da taxa de redução entre a máquina elétrica e o eixo da hélice, otimizando a eficiência do sistema de propulsão.

O eixo do rotor, que otimiza a eficiência do sistema de acionamento.

O híbrido paralelo é a solução perfeita para unidades que exigem operação elétrica em baixas velocidades e pequenos motores elétricos e conjuntos de baterias. A máquina elétrica é conectada à mesma linha de eixo que o motor endotérmico por meio de um sistema chamado PTO/PTI (Power Take Off/Power Take In).

Consequentemente, essa configuração tem um peso total maior, pois são usados uma caixa de engrenagens mecânica e um motor elétrico adicionais. Isso afeta o consumo de combustível da embarcação e requer mais espaço para instalação.