Eu devia ter menos de 10 anos quando fiquei sabendo que aqueles motores de carrinhos de "Autorama" podiam ser usados também como geradores. Bastava retirar o motor do carrinho, conectar os terminais dele a uma lâmpada e girar o eixo bem rápido. Pelo que me lembro, o brilho era tênue, mas estava lá. Então me veio aquela ideia fantástica, que já ocorreu a milhares de pessoas em todo o mundo: se eu unisse dois motores pelo eixo, ligasse os terminais de ambos em paralelo e desse um "peteleco" inicial, um deles funcionaria como gerador, alimentando o segundo, que funcionaria como motor, que forneceria energia mecânica para o gerador, que forneceria energia elétrica para o motor e assim por diante por toda a eternidade. Parece uma ideia ótima, se não fossem dois detalhes. O primeiro é que não funciona. O segundo é que não pode funcionar.
Muito tempo depois vim a saber que essa montagem era um dos muitos tipos de "moto perpétuo" (ou moto contínuo), uma máquina que alimentaria a si mesma por toda a eternidade. Esse invento somente funcionaria se todas as perdas de energia fossem nulas, resultando em rendimento igual a 100%.
Em qualquer máquina elétrica existem pelo menos três tipos de perdas: as perdas mecânicas (por exemplo, atrito e ventilação, que causam o aquecimento do ar e das partes mecânicas), as perdas elétricas (que causam o aquecimento dos enrolamentos) e as perdas magnéticas (que causam o aquecimento dos núcleos de ferro). Em um moto perpétuo tais perdas deveriam ser rigorosamente nulas. Se elas correspondessem mesmo que a uma fração infinitesimal da potência de entrada, nossa conjunto motor-gerador deixaria de funcionar tão rapidamente que nenhum funcionamento como moto perpétuo poderia ser detectado.
Mas a pergunta é: mesmo que um conjunto motor-gerador com rendimento de 100% pudesse ser construído, para que serviria ele? De fato, para que serviria uma máquina que alimenta a si mesmo e a mais ninguém? Se tentássemos extrair um infinitésimo de watt dessa máquina, ela deixaria de funcionar, não servindo para nada. E, ainda assim, até hoje recebo e-mails de pessoas que dizem estar "quase chegando lá", faltando apenas alguma pesquisa.
Esse motor com rendimento de 100% é de vez em quando chamado de "moto perpétuo de primeira espécie". Para que um moto perpétuo tivesse alguma utilidade prática, ele deveria ser de "segunda espécie", ou seja, deveria ter rendimento superior a 100%. Contudo, isso somente seria possível se este motor retirasse energia de fora do universo conhecido ou simplesmente criasse energia a partir do nada, fenômenos proibidos pelas leis da termodinâmica.
Caso alguém ainda tenha alguma esperança, deixo os endereços de três ensaios que escrevi sobre o assunto, publicados aqui mesmo neste blog:
Há algum tempo cometi neste blog a temeridade de escrever dois ensaios sobre motos contínuos (também conhecidos como "motos perpétuos"). O primeiro deles ("Máquinas impossíveis") deixava bem clara a impossibilidade de se construir tais máquinas mitológicas, enquando o segundo ("Moto contínuo: o sonho que não quer morrer") tratava de uma motocicleta fabricada pela empresa japonesa Axle Corporation, que apareceu no YouTube juntamente com a alegação de ser movida por um moto contínuo. O resultado foi que passei a receber comentários e e-mails de aficcionados do suposto invento, os quais diziam (e continuam dizendo) terem projetos prontos, faltanto "apenas alguns detalhes". Recebi até mesmo um projeto em papel, para ser analisado. Mas, para ser bem direto, não perca seu tempo com isso. Motos contínuos são impossíveis.
Vamos recapitular algumas coisas. Em princípio existiriam dois tipos de moto contínuo. Os de primeira espécie produziriam mais energia do que consumiriam, violando a lei da conservação da energia, que é a primeira lei da termodinâmica. Já os de segunda espécie converteriam energia térmica espontaneamente em trabalho mecânico, violando a segunda lei da termodinâmica, que diz que a entropia de um sistema sempre aumenta entre conversões sucessivas de energia. Em outras palavras, o calor não pode passar espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente.
Qualquer motor deve vencer uma série de perdas para se manter em funcionamento. Motores elétricos, por exemplo, que são os mais eficientes de todos os motores, apresentam perdas em seus enrolamentos, denominadas "perdas por efeito Joule" ou, no jargão da área, "perdas ôhmicas", além de perdas no ferro, perdas por atrito e ventilação e outras de menor importância. Por causa de tais perdas, o motor fornecerá em seu eixo menos energia elétrica do que recebe da rede elétrica e seu rendimento será inferior a 100%.
Um motor fantasticamente bem projetado e construído talvez apresentasse rendimento de 99,95%, mas ainda estaria infinitamente longe de ser considerado um moto contínuo de primeira espécie. E o problema é que tal motor custaria tão caro que toda a economia obtida com sua operação seria sepultada pelos custos de sua produção.
Teoricamente, poderíamos pensar que no futuro será possível produzir motores com rendimentos da ordem de 99,9999%. Talvez. É possível que a evolução da ciência dos materiais torne possível tal criatura fantástica, embora isso provavelmente venha a acontecer somente depois da invenção do motor de dobra, do teletransporte e do sabre de luz! Mesmo assim, um motor com rendimento igual a 99,9999% tambem estaria infinitamente distante de ser considerado um moto contínuo de primeira espécie.
Já um moto contínuo de segunda espécie é uma criatura totalmente mitológica. Ele só seria possível em um universo povoado por anjos e fadas, no qual as leis da física pudessem ser alteradas em um passe de mágica. Em tal universo, contudo, motos contínuos provavelmente seriam desnecessários.
A conclusão é que as pessoas que se dedicam à pesquisa de motos contínuos estão desperdiçando tempo e dinheiro. Melhor seria se elas colocassem sua inventividade a serviço de causas que possam ser atingidas antes que o Sol se apague.
Alguns assuntos definitivamente me perseguem. Há pouco mais de um mês recebi seguidamente vários e-mails sobre um tal "motor revolucionário", supostamente desenvolvido por japoneses e baseado "num simples princípio básico de actração e repulsão de corpos magnéticos" (sic). O motor seria ainda "capaz de gerar energia mecânica de forma contínua e quase ilimitada, sem consumir nenhuma energia". Em resumo: outra proposta de moto contínuo, aquele criatura fictícia que seria capaz de gerar energia com rendimentos superiores a 100%.
Há um vídeo do suposto motor no Youtube [1], mostrado também abaixo, no qual se menciona que o invento já estaria em fase de testes no Japão, mas que ainda seria preciso "vencer os fortes e poderosos especuladores e produtores de petróleo". É claro! A culpa é sempre do petróleo, que não deixa o moto contínuo ganhar vida!
O vídeo também mostra uma motocicleta, alegadamente construída com o "motor revolucionário". Depois de ter respondido a três ou quatro e-mails que me foram enviados, nos quais tive o cuidado de citar as leis da termodinâmica e remeter os interessados a alguns sites, resolvi enviar uma curta mensagem à Ciencialist [2], uma lista de discussão sobre ciências. Um dos parcipantes da lista (Homero, também conhecido como "Oráculo") enviou então um link [3] que contém, dentre outras, a fotografia da moto abaixo, idêntica à moto do filme do "motor revolucionário".
A moto acima usa motores elétricos alimentados por baterias convencionais. Nada de moto contínuo. Nada de energia livre. Nada de rendimentos superiores a 100%.
Os fãs do Akira reconhecerão que a moto é uma das muitas inspiradas no veículo usado pelo personagem principal deste mangá, como também me lembrou o Homero.
Infelizmente, quase toda a informação sobre esse assunto na internet está em japonês, a começar pelo site do fabricante, Axle Corporation, que tem sede em Tóquio [4] e construiu a moto em parceria com a Genesis Corporation, também japonesa. Encontrei alguma informação em inglês no site "JCN Network" [5]. De acordo com esse site, as características da moto da Axle seriam: (a) o motor, denominado "SUMO A EV-X7", usa eletroímãs e ímãs permanentes, sendo caracterizado pelo fabricante como um motor "híbrido"; (b) a autonomia do motor é de 180 km, sendo capaz de atingir velocidades de 150 km/h; (c) o motor é instalado sobre a roda traseira da moto, diminuindo perdas por transmissão, e é controlado por microprocessador; (d) O motor fornece 2.130 W com 80% de rendimento. Esse último item é um pouco estranho, pois 2.130 W correspondem a cerca de 2,86 HP, potência insuficiente para um veículo a motor. Deve ter sido engano do jornalista (Mark Eddinger).
Qualquer melhoria em motores elétricos pode ser considerada importante, mas um rendimento de 80% está muito longe do que se espera de um moto contínuo (mesmo um rendimento de 99,99999% ainda estaria infinitamente longe do que se espera de um moto contínuo). De fato, a alegação do fabricante não é ter desenvolvido um moto contínuo, mas sim ter desenvolvido um motor eficiente e suficientemente compacto para ser instalado sobre a roda de uma motocicleta.
Da pouca informação existente, não fica muito claro que tipo de motor foi implementado na moto da Axle. Entretanto, eu apostaria que se trata de um motor síncrono a ímãs permanentes. Esse tipo de motor, que não é exatamente uma novidade, tem um estator trifásico convencional, que produz um campo magnético girante e pode ser alimentado a partir de um inversor comum, o qual, por sua vez, pode ser alimentado por meio de baterias.
"Inversor" é um equipamento eletrônico que realiza o processo inverso ao da retificação: em vez de transformar corrente alternada em corrente contínua (como o retificador), o inversor transforma corrente contínua em corrente alternada.
O rotor do motor síncrono da moto, por outro lado, poderia ser construído com ímãs permanentes de neodímio-ferro-boro, que produzem um campo magnético bastante intenso, fornecendo um acoplamento eficiente entre rotor e estator. O controle da velocidade e da potência não seriam tarefas triviais, mas estariam totalmente ao alcance da tecnologia atual. Mais informações sobre motores síncronos a ímãs permanente podem ser encontradas em [6].
Uma vez conhecido o fabricante da moto do filme do "motor revolucionário", foi razoavelmente fácil descobrir um filme sobre a moto real, mostrado abaixo e também disponível em [7]. Fica claro que o filme do "motor revolucionário" não passa de uma fraude, uma mera colagem usando o filme real da Axle e algumas outras cenas.
Mas, como eu escrevi no início desse texto, o assunto do moto contínuo me persegue. No início desta semana, eu estava examinando alguns feeds da revista "The Economist" [8] e encontrei uma matéria sobre um moto contínuo que estaria sendo desenvolvido pela empresa irlandesa Steorn Ltd. No dia seguinte, o assunto apareceu na Ciencialist. A Steorn alega ter desenvolvido um verdadeiro moto contínuo a ímãs permanentes, denominado "Orbo", que retira energia não se sabe de onde, e prometeu uma demonstração prática para o dia 7 de julho. Todavia, chegou o dia combinado e os executivos da Steorn não conseguiram instalar o motor, alegando dificuldades tecnológicas devido ao calor excessivo produzido pela iluminação local. A empresa diz que o motor teria rendimento entre 285% e 400% e continua investindo na idéia.
Aguardem mais sobre motos contínuos e a Steorn em posts futuros.
Na condição de engenheiro e professor de máquinas elétricas, freqüentemente recebo e-mails ou me envolvo em discussões com um tipo especial de inventor: o inventor de moto perpétuo. Não se trata de nada novo, pois a primeira tentativa de se construir um moto perpétuo, ou perpetuum mobile, data de 700 dC, mas a internet tem ajudado a divulgar o sonho da energia livre, barata e inesgotável.
Um moto perpétuo (ou moto contínuo) é uma máquina hipotética que seria capaz de operação contínua, sem consumo de energia ou ação externa, apenas por meio de conversões internas de energia. Sabemos atualmente que tais máquinas são impossíveis, por duas razões. Primeira, porque elas violam as leis da termodinâmica, que dizem ser impossível criar energia, a qual seria necessária para suprir as perdas. Segunda, porque, caso tais máquinas existissem, elas dificilmente poderiam ser escondidas do público. O impacto tecnológico seria tão grande que o inventor seria elevado imediatamente à categoria de um sucessor de Leonardo da Vinci, Thomas Alva Edison e Einstein (todos juntos). Como isso não aconteceu, decorre logicamente que os motos perpétuos não existem.
Ainda assim, qualquer estudante de engenharia elétrica já pensou, mesmo que brevemente, em construir uma máquina desse tipo. Afinal, máquinas elétricas podem funcionar como gerador ou como motor, dependendo da maneira como são ligadas. Se conectarmos uma máquina de corrente contínua a uma bateria, ela funciona como motor. Se, por outro lado, conectamos o eixo da máquina a uma turbina, aparece uma tensão elétrica nos terminais. Então bastaria conectarmos o eixo de um gerador ao eixo de um motor e ligar em paralelo os terminais de ambas as máquinas. Um impulso inicial faria o gerador gerar tensão elétrica, que seria usada pelo motor para produzir potência mecânica no eixo, que seria absorvida pelo gerador, induzindo tensão e assim por diante até o infinito.
Funciona? Bem, funciona, mas não até o infinito. Um dispositivo desses, desde que adequadamente construído, lubrificado, balanceado e super-dimensionado de modo a reduzir perdas, funcionaria durante algum tempo, talvez uma fração de segundo, mas não mais do que alguns segundos, e estaria longe de ser um moto perpétuo.
Teoricamente, existiriam dois tipos de moto perpétuo: os de primeira espécie, e os de segunda espécie. Os de primeira espécie produziriam mais energia do que consomem, violando a lei da conservação da energia, que é a primeira lei da termodinâmica. Já os de segunda espécie converteriam energia térmica espontaneamente em trabalho mecânico, violando a segunda lei da termodinâmica, que diz que a entropia de um sistema sempre aumenta entre conversões sucessivas de energia (ou, em palavras mais simples, o calor não pode passar espontaneamente de um corpo frio para um corpo quente).
Naturalmente, nenhum desses argumentos convencerá os inventores de motos perpétuos, especialmente porque alguns deles sabem que as leis da termodinâmica foram desenvolvidas, em parte, para explicar a impossibilidade de se construir motos perpétuos! Além disso, do ponto de vista de um leigo, a termodinâmica parece ausente do problema de se construir uma máquina elétrica perfeita. Contudo, quase todas as perdas em uma máquina elétrica (motor ou gerador) são de natureza térmica, de modo que a termodinâmica está sempre presente.
Do ponto de vista de um engenheiro projetista de máquinas elétricas, que passa boa parte da vida tentando aumentar o rendimento operacional de 90% para 91%, o sonho do moto perpétuo é mais distante do que o sonho do PIB brasileiro ultrapassar o norte-americano antes do final da década. Afinal, uma máquina que tenha um rendimento (*) de "apenas" 99,99999999% ainda estará infinitamente distante de se tornar um moto perpétuo. Sem falar que, se uma máquina dessas for realmente inventada, levará uma eternidade para testá-la!
É claro que sempre há o argumento de que o nosso conhecimento das leis da física pode ser incompleto (ninguém duvida disso!) ou que, no futuro, poderemos ser capazes de alterar essas leis. Talvez. Mas isso acontecerá só um pouco depois de termos conquistado as estrelas, acabado com a pobreza e adquirido a capacidade de mutiplicar os pães e andar sobre as águas. Até lá, continuará valendo a frase popularizada por Milton Friedman, economista norte-americano recentemente falecido: "não existe almoço de graça"!
(*) O rendimento, ou eficiência, de uma máquina é a relação entre a potência de saída e a potência de entrada. Como não se pode obter na saída mais do que se tem na entrada, o rendimento é sempre menor do que 100%.
Professor do curso de Engenharia Elétrica da UTFPR, graduado em Engenharia Industrial Elétrica pelo CEFET-PR (1989), mestre (2015) e doutor (2024) em Engenharia Elétrica pela UFPR, pós-graduado em Finanças Empresariais pela FGV (1999) e em Desenvolvimento Web pela PUC-PR (2001).
