Fiat Siena é 1º carro a hidrogênio do Brasil e mantém motor Fire original

O uso do hidrogênio como combustível de veículos ainda engatinha no Brasil, mas um trabalho da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) representa um passo importante para viabilizar o combustível mais limpo. Um Fiat Siena é o primeiro carro nacional capaz de queimar o hidrogênio como combustível.

Diferente dos veículos a célula de combustível (FCEV), que usam o gás para gerar eletricidade para um motor elétrico, por meio de uma reação química com o oxigênio, este projeto usa o hidrogênio como combustível. O gás H2 simplesmente substitui o etanol ou a gasolina.

O ponto de partida para o projeto foi um Fiat Siena Tetrafuel, versão que saía de fábrica com um kit GNV. Mas nada do sistema original de gás natural foi aproveitado na conversão do motor 1.4 Fire, pois seria incompatível com as particularidades do hidrogênio. No entanto, o motor não precisou de alterações na taxa de compressão ou na câmara de combustão. Por dentro, é essencialmente o mesmo motor.

O sedã foi transformado pelo Grupo de Pesquisa em Motores, Combustíveis e Emissões (GPMOT) da UFSM, como parte do trabalho de conclusão do estudante Augusto Graziadei Folletto, do curso de Engenharia Mecânica, intitulado “Adaptação e calibração de um veículo à combustão interna, usando hidrogênio como combustível”.

O veículo convertido também é o resultado mais recente de uma série de trabalhos de TCC, mestrado e pesquisas desenvolvidas no GPMOT e teve financiamento de instituições de pesquisa, como CNPq, Finep e Fapergs, e das empresas Marelli e TCA-HORIBA. A conversão contou com suporte técnico da FuelTech, conhecida fabricante de ECUs de alta performance, que forneceu o sistema de controle do motor.

Como o Siena queima hidrogênio?

O motor 1.4 Fire original do Fiat Siena Tetrafuel foi mantido, mas recebeu adaptações no sistema de alimentação e gerenciamento.

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O hidrogênio está armazenado a uma pressão de 150 bar em um cilindro de 9 m³ — específico para o uso de hidrogênio, que tem moléculas pequenas, que pode atravessar materiais impermeáveis a outros gases. A pressão de armazenamento é baixa na comparação com aquela utilizada nos FCEV. O Toyota Mirai depende de 700 bar para funcionar plenamente e, como ainda não há infraestrutura de abastecimento com essa pressão no Brasil, seus testes por aqui são bastante limitados.

–CT/UFSM/Divulgação

Também estão no porta-malas o regulador de pressão e conexões que conduzem o gás até o cofre do motor. Por segurança, há solenóides que liberam a saída do gás do cilindro e sua entrada no coletor de admissão apenas com a ignição ligada.

Além de um sistema de alimentação específico para o hidrogênio, o Fiat Siena demandou uma ECU programável. É onde entra a unidade de controle da FuelTech, que foi usada para calibrar a injeção e o ponto de ignição para as características específicas do hidrogênio. O ponto de ignição, dosagem de combustível, estratégias de partida a frio, compuseram grande parte do desafio desta conversão.

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A calibração da ECU, aliás, exigiu a instalação de instrumentos, como termopares nos dutos de admissão e escape, sistema de indicação de pressão no cilindro, e equipamentos para a aquisição de dados e pós-processamento dos dados. No entanto, esse hardware pode ser removido do veículo após a conclusão da calibração.

O hidrogênio é bastante peculiar para ser usado como combustível. Orientador deste trabalho, o professor Mario Martins explica que, ao mesmo tempo que o hidrogênio tem energia específica muito maior que a do etanol e da gasolina (aproximadamente 120 MJ/kg, contra cerca de 42 MJ/kg da gasolina e 27 MJ/kg do etanol), sua energia em função do volume é baixa, pois este projeto utiliza um sistema de baixa pressão.

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“Como o motor é uma máquina volumétrica e o hidrogênio é admitido no coletor a baixa pressão, o parâmetro mais relevante é a densidade energética volumétrica, que no caso do H₂ é muito inferior. Em condições ambientes, ela é da ordem de 0,01 MJ/L, enquanto a gasolina apresenta cerca de 32 MJ/L e o etanol, aproximadamente 21 MJ/L”, explica o professor. “Essa característica impõe desafios ao projeto e resulta em uma redução da potência original, que pode ser mitigada com o uso de tecnologias adequadas de sobrealimentação — o que não foi o foco deste projeto inicial”, completa.

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A redução de potência, aliás, também se dá em carros movidos a GNV. Nos últimos Siena Tetrafuel, o motor 1.4 Fire gerava 88 cv quando com etanol, 85 cv com gasolina e 75 cv com GNV.

Convertido para hidrogênio, porém, este Fiat Siena tem emissões de poluentes realmente virtualmente zero. O único subproduto expelido pelo escapamento é água ou vapor d’água, eliminando o monóxido de carbono e reduzindo drasticamente outros gases nocivos.

Este trabalho tem a função de testar e validar a viabilidade técnica da queima de hidrogênio em motores nacionais tão comuns quanto um motor Fire. A escolha de um modelo mais antigo, inclusive, foi proposital para demonstrar a capacidade de adaptação da frota existente, embora o próximo passo da pesquisa já preveja a conversão de um veículo mais moderno no futuro.

Falta de infraestrutura ainda é barreira

–CT/UFSM/Divulgação

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Embora este Fiat Siena prove que a conversão funciona, a chegada dessa tecnologia às ruas enfrenta barreiras logísticas.

Segundo o professor Mario Martins, a adoção em larga escala depende da expansão da produção de hidrogênio verde, armazenamento e, principalmente, distribuição. “A infraestrutura logística de fornecimento de hidrogênio no Brasil ainda está em desenvolvimento. De modo geral, é bastante difícil encontrar fornecedores que disponibilizem cilindros abastecidos com pressões superiores a 150 bar”, explica.

A estimativa dos pesquisadores é que veículos a hidrogênio (seja por combustão ou célula de combustível) serão mais comuns entre 2030 e 2040. A tecnologia deve avançar primeiro no transporte pesado e na indústria, para depois ganhar escala nos veículos de passeio, à medida que os custos de produção do combustível caiam.

Por enquanto, o Siena com faixas verdes segue como um laboratório sobre rodas no Rio Grande do Sul, antecipando uma solução que pode dar sobrevida aos motores a combustão em um futuro descarbonizado.

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