Engine heat recovery

Recuperação de calor de motor a combustão interna

Aproveitamento de tempo de congestionamento

Julio Barros

Eng. Químico-Unicamp

Julio Barros

• LV Latino América – Engenharia de equipamentos de fábricas cimenteiras, atua desde mar/2009.

• Voith Paper – Engenharia de máquinas de papel, experiência de 12 meses.

• Engenharia Química – Unicamp (dez/2008)

Na graduação:

• Fundador de grupo de caronas, hoje com mais de 13 mil cadastrados.

• Projeto de recuperação de óleo de cozinha para transformar em biodiesel, este usado em geradores elétricos para grandes consumidores.

• TCC: Análise Técnica e Econômica da implantação de rede de distribuição de hidrogênio para uso em transporte automotivo no Brasil.

• Contínuo aumento de vias congestionadas nos centros urbanos -> tempo ocioso do passageiro

• Só a cidade de SP -> 1500 carros novos/dia

• Mulher tem opinião decisiva na hora da escolha do modelo do veículo. Também, elas correspondem a 42% do total de compradores de 0km.

• Para 88% das mulheres, o cabelo é essencial para satisfação pessoal e profissional.

Fatos observados

• Produção estética capilar demanda longos periodos

• Em SP: Média 2h42’/dia (Ibope, 2010)

Proposta:

Adaptar utensílios de produção estética capilar para os automóveis, aproveitando o calor do motor e dos gases de escape

• Secador de cabelos

• Prancha Alisadora

(Chapinha)

• Prancha Ondulatória

(Baby liss)

Aparelhos atuais:

Potência média dos aparelhos: 1800 W

Operação dos aparelhos convencionais vendidos hoje, todos por eletricidade:

Secador. Fornece ar aquecido a 115 C


Prancha alisadora (chapinha):

Extremidade metálica ou cerâmica aquecida a 180 C

Potência média dos aparelhos: 65W

Aparelhos atuais:


Prancha ondulatória (baby liss):

Extremidade metálica ou cerâmica aquecida a 180 C

Potência média dos aparelhos: 55W

Aparelhos atuais:

Sugestão de produto

Peças presentes nos carros hoje. (catalisador não representado):


Novas peças possivelmente necessárias

(de acordo com proposta do produto)

By-pass

Baterias dedicadas

Sensor temperatura

Bocal de encaixe

Aquecimento elétrico

Trocador de calor 1 com gases de combustão

Trocador de calor 2: ar após uso com ar anterior ao uso


Secador de cabelos

Entrada de ar


Prancha alisadora

Entrada de ar

Saída de ar


Prancha ondulatória

Entrada de ar

Saída de ar

Operação

Secador:

Apenas transporta araquecido até local de uso.

Não há resistências.Ventilador está no veículo, nãono aparelho, tem operaçãosilenciosa. Sem risco dechoque elétrico.

Sem limitaçãoelétrica, pode entregarmais potência térmicado que o aparelhoconvencional,tornando-o preferidopela consumidora.

Operação

Prancha alisadora

(Chapinha):Só transporta arquente, não temresistências, não sequeima quandoesquecido ligado.

Operação

Prancha ondulatória:


Acesso a todos os passageiros:


Quebra sol vira espelho vertical:

Locais e Momentos de interesse:


Crianças na chuva:

->Resfriado


Taxi

Ônibus Intermunicipais


• Aproveitar tempo perdido no trânsito

• Pessoas que moram longe do trabalho

• Após banho da academia, arrumar no trajeto até próximo destino

• Banho matinal sem ter que secar e pentear em casa

• Acidentes de última hora (respingos de janela, garoa, etc)

• Filhos pequenos que tomaram chuva

• Taxi

• Onibus Intermunicipal

• Viagens para locais úmidos (praias)

• Possibilita lavar a cabeça com maior frequência

• Pneu Furado

• Recuperar parte de atraso para compromisso – profissional e pessoal

• Melhor aproveitamento do tempo (tempo virou artigo de luxo)

• Utiliza energia térmica que seria descartada - ecológico

• Economia de energia elétrica, que seria usada em casa

• Possibilita correção de acidentes de última hora, e estar sempre de acordo com o padrão estético desejado.

Vantagens

Produto Sustentável

• Possibilita aumentar a freqüência de lavagem da cabeça

• Chance da resistência elétrica queimar é quase zero – não há necessidade de troca periódica

• Sistema de aquecimento é central: periféricos tem custo baixo, possibilita aquisição mais barata dos mesmos no caso de novas tendências da moda.

• Na cidade de SP, 1500 carros novos /dia

Estimativas

• Mulheres representam 42% - 630 carros /dia

• No lançamento: 2% dessa parcela = 13 carros/dia = 378/mês

• Em 6 meses, 4%: 756 carros/mes



• Em 2 anos, 32%: 6048 carros/mês (72 mil/ano)

Estimativas

*Sem correção dos 1500 carros/dia

**32% = parcela das mulheres que consideram conforto um item decisivo na hora da escolha pelo modelo

***Estimativa só para cidade de SP

****Considerando que apenas mulheres optam pelo produto

• Consumo nacional, em 2 anos: 170 mil/ano

• (ano base 2009: 3,18 mi carros/ano)• (preferência do produto pelas consumidoras dos grandes centros urbanos, os

congestionados)

*****Sem cogitar adaptação nos carros semi novos

Fornecedores

• Montadora: engenharia

• Secador, pranchas alisadora e ondulatória: atuais fabricantes dos aparelhos alteram seus produtos e aumentam seu portfólio. Produto final traria logotipo da montadora.

• Recuperação de calor: trocadores de calor, tubulação de transporte de ar com isolação térmica, sensores de temperatura, resistores elétricos, controle (temperatura do gascomo função da atuação nas válvulas ou aquecimento).

• Todos os equipamentos já tem fornecedores para as montadoras. Se não há o equipamento pronto, a adaptação necessária não é complexa.

Operação do equipamento• Há captação de ar externo, seguindo por um filtro de ar e por um ventilador.

• Na forma atual (sem recuperação de calor), há divisão entre ar para aquecimento junto ao fluido de arrefecimento do motor e o ar que segue para refrigeração no ar condicionado.

• Com o sistema, há prolongamento da tubulação de transporte do ar aquecido, mencionado previamente. Segue então para um trocador de calor com o duto dos gases de escape, onde se tem a segunda etapa de aquecimento.

• Um sensor de temperatura anterior ao bocal de encaixe informa se a temperatura está correta, se está acima ou abaixo da temperatura alvo.

• Se estiver acima, se atua na válvula de by pass, misturando ar frio ao ar aquecido.

• Se estiver abaixo, se aciona resistores elétricos, sob demanda, a terceira etapa de aquecimento.

• Para o caso das pranchas, com o ar de retorno, se for provado haver ganho financeiro, se passa pelo trocador de calor 2 (mostrado no slide 9), esfriando este ar de retorno e aquecendo o ar ainda a ser usado.

• Segue para descarte do ar para a atmosfera

Dos resistores elétricos:

• Uma parte dos resistores elétricos são acionados de acordo com a potência ociosa do alternador.

• A outra parte dos resistores são acionados por baterias dedicadas, estas que entregam energia na potência necessária. Com o sistema desligado, as baterias dedicadas são carregadas lentamente com a potência ociosa do alterandor. Dessa forma se complementa sob demanda o aquecimento sem alterar a potência elétrica do veículo.

• O número de baterias complementares em paralelo fica a desejo do consumidor, como função do tempo de uso do sistema.

Temperatura do ar:

Operação do equipamento

Se houver o 2º trocador de calor, temperatura do ar, com refluxo:



• Tempo de start necessário: o mesmo até a temperatura do motor estabilizar. Se o carro foi usado a pouco tempo e ainda estava quente, o tempo cai.

• O plug dos acessórios no carro é específico para cada uso, indicando ao sistema o que foi conectado e a forma de operação.

• Se for conectado o secador, o sistema gera grande vazão de ar aquecido, temperatura moderada.

• Se for conectada as pranchas alisadora ou ondulatória (chapinha ou baby liss), menor vazão de ar e temperatura alta.

Segurança

• O fato de não ter aquecimento resistivo e ser alimentado por ar tem grande vantagem: resfriamento rápido.

• Se sistema não acusa peso no banco do passageiro e passou de (por ex) 5km/h, se resfria automaticamente. Caso acuse presença de acompanhante (o mesmo sensor que apita quando o acompanhante está sem cinto), este inter-travamento fica desativado.

• Um botão de fácil acesso no painel pode ser acionado em caso de emergência, para rápido refriamento da prancha ou rápido desligamento do secador.

• A prancha alisadora só tem a parte aquecida exposta quando há aproximação das partes quentes (hora de passar no cabelo). Sob condição de descanço, a peça aquecida não fica exposta. Se houver queda, não provoca queimaduras.

• Também, há uma alça por onde passam os dedos para fixar a peça à mão e evitar quedas acidentais.


Pranchas alisadora ou ondulatória, lógica de operação:

• Vem de fábrica com um encaixe na ponta que envolve a peça aquecida. Para ativar é necessário encaixar tal peça envolvente no painel, não representado na figura. Após uso, o encaixe pode ser retirado do painel, guardando a prancha em seu interior.

• Um sensor ao fundo do encaixe nota a presença da peça instalada. Ainda dentro dopainel o sistema permite ativação. A prancha recebe ar aquecido e inicia aquecimento.

• Com a prancha dentro do painel e ar aquecido fluindo por um tempo X, a peça fica aquecida. Se não for retirada (sensor de presença ao fundo do painel não acusar movimento), o aquecimento pára e a peça fica aquecida e abafada no painel, deixando de perder calor.

• Ao tirar a prancha do painel o sensor acusa tal movimento e reativa o aquecimento.

• Para descansar o aparelho e arranjar o cabelo entre uma passada e outra, volta a se inserir a peça no painel, repetindo o ciclo (encaixe é simples para incentivar uso).

• Se a prancha estiver fora do painel por tempo longo indica que foi esquecida ligada. Neste caso o sistema ativa o resfriamento e só torna a ligar após ser reinserido no painel.

• Para uso no banco traseiro há um encaixe similar ao do painel dianteiro, instalado entre os bancos, também com sensor de presença. Posição é tal que desencoraja uso pelo passageiro da frente, permitindo utilizar quando não há acompanhante e passou de 5 km/h.

Custos

Dado o fato da idéia ser muito recente, não houve tempo de iniciar pesquisa de custos. Ao invés disso, alguns números para ajudar a balizar qual o custo final a consumidora esteja disposta a pagar:

• Um secador de cabelo convencional, boa qualidade: de R$150 a R$350

• Prancha alisadora convencional, boa qualidade: de R$70 a R$350

• Prancha ondulatória convencional: de R$60 a R$200

Em todos eles, necessário fonte de eletricidade e tempo. Usar a prancha por uma

hora é normal.

Também, para as pranchas, há o risco de esquecer ligado e o aparelho se queimar, sendo necessário a substituição.

• Escova japonesa (química para alisar o cabelo, validade de 3 meses): R$250 a R$2000

• Produção capilar em salão de beleza, em um dia de festa social R$200. Produções mais requintadas ficam demasiadamente mais caras.

Por essa compilação de fatos, arrisco que o sistema em um carro poderia ter um custo acima de R$1000 e não geraria reclamações.

Obrigado

Julio Barros

[email protected]

twitter.com/jwaally

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