Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de Engenharia mecânica e MateriaisPós-graduação em Ciência e Engenharia...
EFICIÊNCIA GLOBALWell to Wheel - W2W  Do poço a roda   Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
EFICIÊNCIA GLOBAL            Poço à Roda (Well to Wheel) Tanque      Poço ao Tanque                                      T...
EFICIÊNCIA GLOBAL 100                                                                          80 - 85                  SE...
EFICIÊNCIA NOS TRANSPORTES                                                      Geometria,peso,η=ƒ(    POLÍT. CONFRTO,    ...
EFICIÊNCIA DOS CARROS CONVENCIONAIS                                                                       Resistência     ...
VEÍCULOS ELÉTRICOS – VESO veículo elétrico (cuja sigla em inglês é EV, de electric vehicle) é um tipo de veículo que utili...
MOTORES ELÉTRICOS•   Mais torque•   Zero emissões•   Tax breaks•   Não necessita de transmissão•   Partidas mais eficiente...
CLASSIFICAÇÃO  Tipo               Fonte de Energia ElétricaTrólebus             Rede (durante o trajeto)Bateria           ...
BREVE HISTÓRICO•   1839: Primeiro veículo elétrico•   1886: Táxi na Inglaterra com motor elétrico•   1890-1910: Significan...
BREVE HISTÓRICO1898: Dr. Ferdinand Porsche, 23 anos, construiu seu primeiro carro: Lohner      Electric Chase (primeiro do...
BREVE HISTÓRICO1903: Krieger Hybrid: usava motor a gasolina para alimentar um conjunto de baterias1921: Owen Magnetic Hybr...
BREVE HISTÓRICO1912 Detroit Electric advertisement                                                             Thomas Edis...
BREVE HISTÓRICO•   1970’s: Embargo petróleo árabe; VW Táxi híbrido•   1979: Carro híbrido construído com motor de cortador...
BREVE HISTÓRICO•   1997: Toyota Prius disponível no Japão•   1999: Honda Insight lançado nos EUA (70 mpg)•   2000: Toyota ...
COMBUSTÍVEIS PARA VESEletricidadeGasolina                   TÁlcool             a                   n                   q ...
Tecnologias de VECaracterizadas pela fonte de energia elétrica usada a bordo   VEB - Veículo elétrico a bateria           ...
VEH – CONFIGURAÇÃO SÉRIE   Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
VEH – CONFIGURAÇÃO PARALELA  Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
VEH Plug-in                                         Sprinter Plug-in da Daimler no mercado em 2008                Fonte: E...
EVOLUÇÃOFatores motivadores   Questão ambiental (poluição do ar, sonora)   Eficiência no uso de energia       - Estímulos ...
EVOLUÇÃOFatores inibidores    Custo de aquisição mais alto (bateria, outros componentes, bai    No caso dos elétricos a ba...
CRONOLOGIAs famílias de veículos elétricos encontram-se em estágios distintos de desenvo                            Bateri...
CONCLUSÕESEnergia e aquecimento global são preocupações centrais de nosso tempoUso do petróleo é um dos principais problem...
BRASILMercado, política energética ou ambiental?Federal, Estadual ou Municipal?Nichos: transporte público, individual, fro...
VEB                                  VEH                              VECaC Há muitos tipos efabricantes, alguns no Brasil...
Uma classificação dos VEHs                 (automóveis e utilitários)Stop/start (S/S) – Desliga e liga o mci   Economia de...
VEs Plug-ins                                  T                                  a                                  n     ...
Tecnologias críticasMotores de combustão interna   Ênfase passa da potência para eficiênciaCélulas a combustível   Custo  ...
Tecnologias críticasSistemas de abastecimento de energia  Baterias    Melhores relações kWh/kg e kWh/l Mautonomia 150 - 30...
Tecnologias críticasSistemas de abastecimento de energia   Carga de baterias / Eletropostos     Estratégias para recarga q...
EvoluçãoEUA  Califórnia - início anos 90: Proporção crescente de novos carros do   tipo Zero Emission Vehicles (ZEV)  1993...
Perspectivas no mundo e no Brasil                       Horizonte 2015VEs de célula a combustível   Sem viabilidade econôm...
The Batteries Behind It All    • Early Prius and Insight NiMH D Cells          – Stick Arrangement(http://www.peve.panason...
Prismatic Ni-MH• 15% pack volume reduction• 25% pack weight reduction• Less battery module per pack number        http://w...
Metal Case Prismatic Ni-MH     • Improvement          – 14% less volume          – 40% higher cooling(http://www.peve.pana...
ECU• Electronic Control Unit• Regulates temperature and state of charge• Ensures safe and reliable driving                ...
y Usage and Thermal Performance of Pri   • Honda Insight             vs.                           Toyota Prius           ...
Charge, Discharge and SOC     •   http://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31306.pdf                Pós-graduação em Ciência e En...
Battery Energy andBattery Temperatures      Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Hybrid Cars Today                                 Table 1. Light-Duty Hybrid Electric VehiclesOEM Model         Body Style...
Future of Hybrid• Hybrid buses  – ~1,000 in use  – Seattle  – California• Tax Break Increase                    Pós-gradua...
Future of Hybrid Cars   Toyota Volta                                                                               3.3 lit...
Definitions                   DEFINIÇÕES• Combustion vs. Electric               (http://auto.howstuffworks.com/hybrid-car1...
Gasoline• Higher energy density than batteries  – 1,000 pounds of batteries = 1 gallon (7 pounds) o• Cheaper initial cost ...
Cost Per MileElectric vs. Gas   Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Aula carro2

586 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
586
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
1
Actions
Shares
0
Downloads
10
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Aula carro2

  1. 1. Universidade Federal de Santa CatarinaDepartamento de Engenharia mecânica e MateriaisPós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais Prof. Orestes AlarconEngenharia de Materiais Pós-graduação em Ciência e | Doutorando Alexandre Galiotto
  2. 2. EFICIÊNCIA GLOBALWell to Wheel - W2W Do poço a roda Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  3. 3. EFICIÊNCIA GLOBAL Poço à Roda (Well to Wheel) Tanque Poço ao Tanque Tanque à roda Roda Com- Compr Distri- pressor Caixa dGaso-duto essor buição (Posto) Marcha sor Tanque Motor Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  4. 4. EFICIÊNCIA GLOBAL 100 80 - 85 SETOR PETRÓLEO = 0,8 - 0,85 16 - 18 VEÍCULO V 0,171 = = SETOR PETRÓLEO x VEÍCULO V 0,17 Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  5. 5. EFICIÊNCIA NOS TRANSPORTES Geometria,peso,η=ƒ( POLÍT. CONFRTO, TRANSP. HÁBITOS )xƒ´( tipo acionamento motor etc. ) Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  6. 6. EFICIÊNCIA DOS CARROS CONVENCIONAIS Resistência do ar Em espera/parado Resistência Acessórios rolamento Inércia Perdas transmissão Frenagem Perdas no motorMelhoria da eficiência dos motores convencionais (MCI)Emprego da tração elétrica Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  7. 7. VEÍCULOS ELÉTRICOS – VESO veículo elétrico (cuja sigla em inglês é EV, de electric vehicle) é um tipo de veículo que utiliEle é um sistema composto por um sistema primário de energia, uma ou mais máquinas elétr Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  8. 8. MOTORES ELÉTRICOS• Mais torque• Zero emissões• Tax breaks• Não necessita de transmissão• Partidas mais eficientes – Pode desligar o motor quando parado Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  9. 9. CLASSIFICAÇÃO Tipo Fonte de Energia ElétricaTrólebus Rede (durante o trajeto)Bateria Rede (carga) VEB Energia Elétrica VEH “Plug-in”Híbrido Combustível* VEHHíbrido plug-in Rede (carga) + Combustível* Combustível líquido ou GNVCélula a combustível Hidrogênio** * Gasolina, diesel, álcool, gás naturalSolar (teste, competições) Sol ** Hidrogênio ou metano, metanol, ... em reformador Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  10. 10. BREVE HISTÓRICO• 1839: Primeiro veículo elétrico• 1886: Táxi na Inglaterra com motor elétrico• 1890-1910: Significantes melhoras na tecnologiade baterias(ácido-chumbo, níquel-ferro) Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  11. 11. BREVE HISTÓRICO1898: Dr. Ferdinand Porsche, 23 anos, construiu seu primeiro carro: Lohner Electric Chase (primeiro do mundo com tração dianteira). Segundo carro: um híbrido com m.c.i. para acionar um gerador que fornecia energia elétrica a motores localizados nos eixos das rodas. Só na bateria rodava cerca de 40 milhas.1899: Dois híbridos no Salão de Paris Camille Jenatzy in electric car La Jamais Contente, 1899 http://autoestrada.uol.com.br/interno.cfm?file=conhecimento&id=24 Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  12. 12. BREVE HISTÓRICO1903: Krieger Hybrid: usava motor a gasolina para alimentar um conjunto de baterias1921: Owen Magnetic Hybrid: usava motor a gasolina para acionar um gerador quefornecia energia elétrica para motores montados em cada roda traseira. Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  13. 13. BREVE HISTÓRICO1912 Detroit Electric advertisement Thomas Edison e um carro elétrico em 1913 Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  14. 14. BREVE HISTÓRICO• 1970’s: Embargo petróleo árabe; VW Táxi híbrido• 1979: Carro híbrido construído com motor de cortador de grama.• 1991: US Advanced Battery Consortium lançou o maior programa paraproduzir uma “super” bateria Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  15. 15. BREVE HISTÓRICO• 1997: Toyota Prius disponível no Japão• 1999: Honda Insight lançado nos EUA (70 mpg)• 2000: Toyota Prius disponível nos EUA• 2002: Honda Civic Hybrid lançado.• 2004: Toyota Prius II e Ford Escape Hybrid lançados. Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  16. 16. COMBUSTÍVEIS PARA VESEletricidadeGasolina TÁlcool a n q uDiesel/Biodiesel e GNV/H2GNVHidrogênio H2 Célula a combustível Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  17. 17. Tecnologias de VECaracterizadas pela fonte de energia elétrica usada a bordo VEB - Veículo elétrico a bateria Baterias VEH - Veículo elétrico híbrido Gerador acionado por m.c.i VECC - Veículo elétrico de célula a combustível Célula a Combustível VES combinam Alta eficiência energética Baixo nível de ruído Baixo nível de emissões de poluentes Conforto Baixo custo operacional Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  18. 18. VEH – CONFIGURAÇÃO SÉRIE Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  19. 19. VEH – CONFIGURAÇÃO PARALELA Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  20. 20. VEH Plug-in Sprinter Plug-in da Daimler no mercado em 2008 Fonte: EPRI Journal – Fall 2005 Conversão em “oficinas”* Electric Power Research Institute (EPRI) Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  21. 21. EVOLUÇÃOFatores motivadores Questão ambiental (poluição do ar, sonora) Eficiência no uso de energia - Estímulos para aquisição VEs Nenhuma ou muito pouca emissão de gases no local Arrancadas e frenagens mais suaves (mais conforto) Baixo ruído Frenagem regenerativa Motores elétricos eficientes Baterias eficientes Motor de combustão interna menor e funcionando na região de maior eficiência ou desligado Não gasta energia quando parado Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  22. 22. EVOLUÇÃOFatores inibidores Custo de aquisição mais alto (bateria, outros componentes, bai No caso dos elétricos a bateria, autonomia limitada e tempo de Pouca disponibilidade de modelos Complexidade Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  23. 23. CRONOLOGIAs famílias de veículos elétricos encontram-se em estágios distintos de desenvo Bateria Híbrido Híbrido plug-In Célula a combustível ? 2000 2005 2010 2015 Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  24. 24. CONCLUSÕESEnergia e aquecimento global são preocupações centrais de nosso tempoUso do petróleo é um dos principais problemas que pressionam o mundo atAs conseqüências para o meio ambiente local, regional e global das emissõeAs preocupações principais são relacionadas a uma possível crise de energia Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  25. 25. BRASILMercado, política energética ou ambiental?Federal, Estadual ou Municipal?Nichos: transporte público, individual, frotas?Barreiras: econômicas, tecnológicas, culturais e legais? Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  26. 26. VEB VEH VECaC Há muitos tipos efabricantes, alguns no BrasilMotos com potencial parasubstituir as convencionaisem certos usos Há vários modelos em Não há notícia.Uma fábrica de motonetas teste.em ManausSoluções para ambientesfechados e portadores denecessidades especiais 12 a 15 modelos nos EUA- Vários modelos no exterior Vários modelos em teste VEH-P: hoje é um VEH pelos grandes fabricantesusados para usos urbanos. - adaptado. Poderá ser - Um entrante no Brasil uma opção de fábrica no futuro - Ônibus: alguns- Vários modelos no exterior. fabricantes no exterior e - Ônibus: alguns modelos- Veículos para entregas e 2 no Brasil em teste no exteriorserviços urbanos Caminhões em teste no Um desenvolvimento noEmpilhadeiras, reboques e exterior Brasilpaletadeiras VEH-P: um ônibus no - Empilhadeiras em teste Brasil Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  27. 27. Uma classificação dos VEHs (automóveis e utilitários)Stop/start (S/S) – Desliga e liga o mci Economia de combustível* - 7%Integrated Starter Alternator With Damping (ISAD) – Opera em 42V e, além do S/S, permite contribuição de alguma potência do sistema de tração elétrica Economia de combustível* - 11% e 10% a mais no torqueIntegrated Motor Assist (IMA) – Opera 114V, tem motor elétrico e baterias maiores que no ISAD, o que possibilita mais potência auxiliar Economia de combustível* - 17% e 15% a mais no torqueFull Hybrid (FH) - Sistemas 300+V com possibilidade de tração exclusivamente elétrica, além de suplementar a potência do mci Economia de combustível* - 29% e 20% a mais no torque Para utilitários: economia – 26% e 15% a mais no torque * Environmental Protection Agency (EPA) Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  28. 28. VEs Plug-ins T a n q u eEletricidadeGasolina T a nÁlcool q u eDiesel/Biodiesel CGNV il GNV/H2 i n dHidrogênio r o Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  29. 29. Tecnologias críticasMotores de combustão interna Ênfase passa da potência para eficiênciaCélulas a combustível Custo Confiabilidade Vida útil E associado os problemas de produção, armazenamento e distribuição do hidrogênioSistemas de controle Custo Confiabilidade Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  30. 30. Tecnologias críticasSistemas de abastecimento de energia Baterias Melhores relações kWh/kg e kWh/l Mautonomia 150 - 300 km Custo menor Redução do tempo de carga Vida útil – de 3 /4 anos V 8 a15 anos Automóvel a bateria 4 a 6 km/kWh 300kg de LI- possibilita a um VEB autonomia de 170 a 250 km Fonte: EPRI Journal – Fall 2005 Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  31. 31. Tecnologias críticasSistemas de abastecimento de energia Carga de baterias / Eletropostos Estratégias para recarga que garantam a saúde das baterias Mais eficiência (economia) Sem degradação da performance das baterias Redução do tempo de recarga (cargas rápidas) Interface EUA – 1.000 eletropostos e mais de 50.000 VEBs Supercapacitores Custo Retenção da energiaMotores elétricos / geradores Já existem motores bastante eficientes – ex., engrenagem + motor: 93% Vida útil longa é característica deste componente Projetos avançados como motores embutidos na roda Necessidade de queda nos custos (escala) Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  32. 32. EvoluçãoEUA Califórnia - início anos 90: Proporção crescente de novos carros do tipo Zero Emission Vehicles (ZEV) 1993 - Governo cria Partnership for New Generation of Vehicles (PNGV) – US$ 1 bi - governo cobre metade dos investimentos das montadoras Meta 80 mpg (34 km/h) sem fixar tecnologia 1998 Neighborhood Electric Vehicles (NEV) autorizados a circular em vias públicas com velocidade limitada a 40 km/h 2003 Projeto Independence – VECaC 2005 – Energy Policy Act – estímulos monetários para aquisição de VEBs, VEHs, VECaCEuropa França nos anos 90: governo estimulou principais montadoras a lançar VEBs dando subsídios e incentivos fiscais aos compradores e fazendo compras via estatais Taxa para circular no centro das cidades Proibição para circulação de veículos convencionais nos centros históricos ou quando poluição do ar supere certo nível Incentivos à aquisição de veículos menos poluentes Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  33. 33. Perspectivas no mundo e no Brasil Horizonte 2015VEs de célula a combustível Sem viabilidade econômica no horizonte (custo do veículo precisa ser dividido por pelo menos 10, investimentos na produção e distribuição do hidrogênio) Solução VEH CaC Plug-in poderá ser uma intermediária Veículos pesados devem se viabilizar antes dos leves Célula a combustível estacionária será comercial antes Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  34. 34. The Batteries Behind It All • Early Prius and Insight NiMH D Cells – Stick Arrangement(http://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_maru.html) Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  35. 35. Prismatic Ni-MH• 15% pack volume reduction• 25% pack weight reduction• Less battery module per pack number http://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_kaku.html Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  36. 36. Metal Case Prismatic Ni-MH • Improvement – 14% less volume – 40% higher cooling(http://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_kinnzoku.html) Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  37. 37. ECU• Electronic Control Unit• Regulates temperature and state of charge• Ensures safe and reliable driving http://www.peve.panasonic.co.jp/catalog/e_bms.html Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  38. 38. y Usage and Thermal Performance of Pri • Honda Insight vs. Toyota Prius Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  39. 39. Charge, Discharge and SOC • http://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31306.pdf Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  40. 40. Battery Energy andBattery Temperatures Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  41. 41. Hybrid Cars Today Table 1. Light-Duty Hybrid Electric VehiclesOEM Model Body Style Power Type Fuel Date Introduced/Announced Production DateCurrently in ProductionDaimlerChrysler Ram Pickup Contractor Special Truck Mild Hybrid Diesel Nov-00 2004 (Limited)Ford Escape SUV Hybrid Gasoline Jan-01 2004General Motors Silverado/Sierra Truck Mild Hybrid Gasoline Jan-01 2004 (Limited)Honda Accord Sedan IMA1 Hybrid Gasoline Jan-04 2005Honda Insight Coupe IMA1 Hybrid Gasoline Dec-99 2000Honda Civic Sedan IMA1 Hybrid Gasoline Jan-00 2002Lexus RX400h SUV Hybrid Gasoline Jan-03 2005Toyota Prius Sedan Parallel Hybrid Gasoline Jun-00 2000Toyota Highlander SUV Hybrid Gasoline Jan-04 2005Suzuki Twin Mini Hybrid Gasoline Nov-02 2003 (Japan)Toyota Estima Minivan Parallel Hybrid Gasoline Jun-01 In Japan OnlyToyota Crown Sedan Mild Hybrid Gasoline Aug-01 In Japan OnlyToyota Alphard Minivan Hybrid Gasoline Jul-03 In Japan OnlyPlanned for ProductionFord Fusion Sedan Full Hybrid Gasoline Apr-03 2006General Motors Silverado/Sierra & Tahoe/Yukon Truck & SUV Strong Hybrid Gasoline Nov-03 2007General Motors Equinox SUV Hybrid Gasoline Jan-03 2006General Motors Malibu Sedan BAS2 Hybrid Gasoline Jan-03 2007General Motors Graphyte SUV Full Hybrid Gasoline Jan-05 2006Hyundai Click Sedan Hybrid Gasoline Nov-03 2005/06 (Korea)Mercury Mariner SUV Full Hybrid Gasoline Apr-04 2005 (limited)2006 (full)Nissan Altima Sedan Hybrid Gasoline Jun-04 2006Saturn Vue SUV BAS2 Hybrid Gasoline Jan-03 2006Toyota Camry Sedan Unknown Gasoline Unknown UnknownToyota Sienna Minivan Hybrid Gasoline 2003 2007Recent Concepts - Production Plans UnknownHonda ASM Minivan IMA1 hybrid Gasoline Oct-03 UnknownFord Focus C-MAX Sedan Hydrogen ICE Hydrogen Jul-04 UnknownDaewoo S3X SUV Unknown Unknown Oct-04 UnknownOpal Astra Sedan Unknown Diesel Jan-04 UnknownMercury Meta One Unknown Hybrid Diesel Jan-04 UnknownMercury Milan Unknown Unknown Unknown Jan-04 Unknown1 Integrated motor assist.2 Belt alternator starter.(Source: Collected by Robb Barnitt and Leslie Eudy, National Renewable Energy Laboratory, from various sources)Table from http://www.nrel.gov/docs/fy05osti/37777.pdf Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  42. 42. Future of Hybrid• Hybrid buses – ~1,000 in use – Seattle – California• Tax Break Increase Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  43. 43. Future of Hybrid Cars Toyota Volta 3.3 liter V6 gas engine408 horsepower 30 miles per gallon Toyota Hybrid Sports Car Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  44. 44. Definitions DEFINIÇÕES• Combustion vs. Electric (http://auto.howstuffworks.com/hybrid-car1.htm)• Parallel vs. Series Hybrid (http://auto.howstuffworks.com/hybrid-car2.htm) – Honda Insight – Toyota Prius• Full Hybrid• Mild Hybrid – Stop/Start Hybrid – Integrated Starter Alternator with Damping (ISAD) – Integrated Motor Assist (IMA)• Plug-in Hybrid Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  45. 45. Gasoline• Higher energy density than batteries – 1,000 pounds of batteries = 1 gallon (7 pounds) o• Cheaper initial cost for car – Hybrids are $3500-5000 more• Reliable, more history Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais
  46. 46. Cost Per MileElectric vs. Gas Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais

×