Os motores que não utilizam combustível específico irão impulsionar a próxima era da construção civil?

Alguns dos equipamentos de construção mais pesados do mundo são movidos por motores Cummins.

Na verdade, o caminho a seguir provou ser consideravelmente mais complexo do que as previsões iniciais sugeriam.

Em todo o setor de equipamentos fora de estrada, fabricantes e proprietários de frotas enfrentam hoje desafios como regulamentações regionais e desenvolvimento desigual de infraestrutura, além de aplicações de máquinas altamente especializadas.

Nesse contexto, a flexibilidade está emergindo como um tema central no planejamento de longo prazo de sistemas de propulsão.

Um conceito que vem ganhando destaque é a plataforma de motor agnóstica ao combustível – uma arquitetura de motor comum projetada para acomodar vários tipos de combustível, mantendo as características de desempenho e a simplicidade operacional.

Jeremy Harsin, Diretor Sênior de Engenharia de Sistemas de Propulsão Fora de Estrada da Cummins, acredita que essa abordagem responde às questões levantadas pelo setor da construção de forma mais precisa do que qualquer solução baseada em uma única tecnologia.

“Motores que utilizam múltiplos combustíveis, como o Cummins HELM [High Efficiency Low Emissions, Multiple Fuels], são projetados com a flexibilidade de combustível em mente”, diz Harsin. “O conceito visa atender os clientes onde quer que eles estejam em sua jornada com o sistema de propulsão.”

Por que a flexibilidade é vital em sistemas de energia fora de estrada?

Jeremy Harsin, Diretor Sênior de Engenharia de Sistemas de Propulsão Fora de Estrada da Cummins

Ao contrário do setor rodoviário, onde os ciclos de trabalho dos veículos e os ambientes operacionais são relativamente padronizados, os equipamentos fora de estrada incluem uma ampla gama de tipos de máquinas e condições de operação. Isso cria desafios significativos para qualquer tentativa de impor uma estratégia de transição universal.

“O mercado de veículos fora de estrada é, de longe, o mais complexo e fragmentado que atendemos”, afirma Harsin. “Só a Cummins atende centenas de fabricantes de equipamentos originais (OEMs), cada um com suas próprias aplicações, muitas das quais altamente especializadas.”

“Considerando esses fatos, não é realista supor que uma abordagem única – ou mesmo para a maioria – seria aceitável para o mercado.”

As arquiteturas independentes de combustível visam solucionar esse desafio incorporando múltiplas variantes de combustível a partir de uma plataforma de motor amplamente comum.

Em termos simples, a parte inferior do motor permanece substancialmente a mesma, enquanto sistemas como o de admissão de ar, o de alimentação de combustível e o de pós-tratamento são adaptados para diferentes tipos de combustível.

Os combustíveis em consideração podem incluir diesel avançado, gás natural, gasolina e hidrogênio, dependendo da demanda do mercado e da disponibilidade da infraestrutura.

Para os fabricantes de equipamentos originais (OEMs), isso potencialmente reduz a complexidade da engenharia e ajuda a preservar o investimento em plataformas de máquinas e layouts de transmissão existentes.

“O conceito visa facilitar a vida dos fabricantes de equipamentos originais (OEMs)”, diz Harsin, “permitindo que eles aproveitem componentes comuns da transmissão, desde o volante do motor até a traseira.”

O desafio da infraestrutura para combustíveis alternativos

Embora o debate em torno dos combustíveis alternativos esteja cada vez mais acirrado, a adoção na construção civil permanece desigual. Em muitas regiões, a disponibilidade de infraestrutura de apoio ainda é o maior obstáculo.

“Os usuários finais se deparam com desafios reais e significativos de maturidade da infraestrutura, que precisam ser resolvidos para que essas soluções sejam implementadas de forma eficaz e significativa”, afirma Harsin.

A próxima geração do motor X15 será construída na plataforma Cummins HELM.

Ele acrescenta que o desafio é particularmente agudo na construção civil, onde as máquinas operam frequentemente em locais temporários ou remotos, com acesso limitado a sistemas de abastecimento especializados.

Por essa razão, ele espera que a adoção surja primeiro em ambientes operacionais mais controlados.

“Ecossistemas fechados – por exemplo, portos marítimos – são áreas potenciais onde a demanda pode surgir primeiro, visto que possuem uma população cativa em um local dedicado”, explica ele.

“Os canteiros de obras em geral, que utilizam mais equipamentos móveis, enfrentariam maiores desafios em relação à disponibilidade de combustível além do diesel.”

Essa realidade é um dos motivos pelos quais as tecnologias avançadas de motores a diesel, juntamente com os biocombustíveis renováveis e de substituição direta, como o HVO, continuarão a ter um papel importante em qualquer discussão sobre descarbonização.

“Será difícil substituir os motores a diesel avançados”, afirma Harsin. “Grande parte da expansão da infraestrutura mencionada anteriormente dependerá de equipamentos a diesel avançados para ser concluída.”

Será que as alternativas conseguem igualar o desempenho dos motores a diesel?

Para as frotas de construção, as metas de descarbonização, embora cada vez mais importantes, provavelmente não ofuscarão a produtividade das máquinas.

Naturalmente, o equipamento deve continuar a fornecer o torque, a resposta transitória e o tempo de atividade exigidos por aplicações de serviço pesado.

Isso gera importantes concessões de engenharia.

“Se você comparar a curva de torque máximo de um motor a diesel de uma determinada plataforma com a curva de um motor H2, verá uma redução na capacidade do H2”, diz Harsin. “Aplicações com altas expectativas em relação à resposta transitória serão um desafio para motores não a diesel.”

O desafio, portanto, não é simplesmente viabilizar diferentes combustíveis, mas também garantir que esses combustíveis possam atender aos requisitos operacionais no mundo real.

“Os usuários finais se preocupam em concluir o trabalho”, diz Harsin. “A forma como a máquina se comporta durante esse processo é algo que buscamos otimizar.”

Um representante da Cummins se encontra com um cliente no local.

Ao mesmo tempo, o custo total de propriedade é uma consideração cada vez mais importante. Embora as tecnologias de combustíveis alternativos continuem a se desenvolver, a escala e a acessibilidade dessas plataformas provavelmente determinarão o ritmo de sua adoção em larga escala.

“No final das contas, exceto em casos de incentivos, as tecnologias precisam ser viáveis do ponto de vista do Custo Total de Propriedade (TCO), para garantir que a lucratividade para o proprietário final permaneça intacta”, explica Harsin.

O que os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) precisam considerar hoje

A adoção em larga escala de sistemas independentes de combustível ainda pode estar a alguns anos de distância, mas os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) já estão sendo incentivados a considerar seus futuros requisitos de embalagem ao desenvolver novas plataformas de máquinas.

“Eles devem levar em consideração fatores que impactam futuras alterações no chassi”, diz Harsin. “O metal em máquinas pesadas não é facilmente trocado e as ferramentas são caras.”

Embora as dimensões do bloco do motor provavelmente permaneçam bastante comparáveis para os diferentes combustíveis, os requisitos de armazenamento de combustível podem variar drasticamente.

“Considere novamente a comparação entre o diesel e uma solução equivalente à base de H2”, diz Harsin. “O H2 requer aproximadamente oito vezes o volume do tanque de combustível em comparação com o diesel.”

Isso levanta mais questões sobre a arquitetura da máquina, os intervalos de reabastecimento e a logística operacional – fatores que os fabricantes de equipamentos originais (OEMs) precisarão considerar cada vez mais como parte da fase de projeto.

Escolha de combustível, planejamento de frota e regulamentação futura

Embora o termo "agnóstico em relação ao combustível" possa sugerir intercambialidade, Harsin deixa claro que as máquinas individuais não são projetadas para alternar entre combustíveis durante a operação.

A expertise da Cummins em potência pode ser encontrada em tudo, desde uma carregadeira compacta até um guindaste pesado e um caminhão de mineração.

“Para sermos claros”, diz ele, “no nível de uma máquina individual, o conceito de independência de combustível não se aplica. As plataformas Cummins HELM oferecem soluções que se adaptam aos tipos de combustível, mas, na prática, não é possível substituir uma máquina pela outra.”

Em vez disso, o valor reside em ajudar a indústria a se preparar para condições incertas – tanto em termos de regulamentação quanto de mercado – a longo prazo.

“Esses motores permitem que os proprietários de frotas planejem no futuro se precisarão atender a determinados requisitos de mix de combustível”, diz Harsin.

Para muitos fabricantes de equipamentos originais (OEMs), essas opções de longo prazo provavelmente se tornarão mais importantes à medida que a legislação regional sobre emissões se desenvolve em ritmos diferentes ao redor do mundo.

Transição mais gradual do que mudança repentina.

Apesar da atenção da indústria em torno de combustíveis alternativos e eletrificação, Harsin não espera que a matriz energética da construção civil sofra mudanças drásticas em um futuro próximo.

“No geral, espero que os próximos anos sejam muito semelhantes à matriz energética atual”, diz ele, “embora provavelmente haja áreas onde isso não se confirme”. Aqui, ele oferece o exemplo do rápido crescimento das pás carregadeiras elétricas no mercado interno da China.

Na verdade, o setor da construção civil atual está numa fase que parece menos focada na certeza tecnológica e mais em manter as opções em aberto.

Nesse contexto, as plataformas independentes de combustível podem ser menos uma solução paliativa temporária e mais um reconhecimento de que o futuro do setor energético não será dominado por uma única solução.

“À medida que as tecnologias evoluem e se expandem, tornam-se mais práticas para uso fora de estrada”, afirma Harsin, concluindo: “O foco da Cummins continua sendo fornecer soluções de energia confiáveis ao mercado no momento em que são necessárias”.

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Este artigo foi produzido pelo KHL Content Studio, em colaboração com especialistas da Cummins.

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Todas as imagens são cortesia da Cummins.

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