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 10 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 veículos, 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
Operação dos aparelhos convencionais vendidos hoje, todos por eletricidade:
Prancha alisadora (chapinha):
Extremidade metálica ou cerâmica aquecida a 180 C
Potência média dos aparelhos: 65W
Aparelhos atuais:
Operação dos aparelhos convencionais vendidos hoje, todos por eletricidade:
Prancha ondulatória (baby liss):
Extremidade metálica ou cerâmica aquecida a 180 C
Potência média dos aparelhos: 55W
Aparelhos atuais:
Sugestão de produto
Recuperação de calor do motor e do duto de escape
Peças presentes nos carros hoje. (catalisador não representado):
Sugestão de produto
Proposta de novo layout:
Sugestão de produto
Novas peças possivelmente necessárias
(de acordo com proposta do produto)
By-pass
Baterias dedicadas
Sensor temperatura
Bocal de encaixe
Aquecimento elétrico
Trocador de calor com gases de combustão
Trocador de calor:ar após uso com ar anterior ao uso
Sugestão de produto
Secador de cabelos
Sugestão de produto
Prancha alisadora
Sugestão de produto
Prancha ondulatória
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:
Locais e Momentos de interesse:
Locais e Momentos de interesse:
Crianças na chuva:
->Resfriado
Locais e Momentos de interesse:
Taxi
Ônibus Intermunicipais
Locais e Momentos de interesse:
• 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
• Banheiro de Onibus Intermunicipal/Onibus fretado
• 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 12 meses, 9%: 1700 carros/mes
• Em 18 meses, 17%: 3213 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)
*****Sem cogitar outras aplicações da recuperação, como passar roupas
******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 traria logotipo da montadora.
• Recuperação de calor: trocadores de calor, tubulação de transporte de ar com isolação térmica, espelho, sensores de temperatura, resistores elétricos, controle SISO ou MIMO (pode ser compartilhado com o controle digital do ar condicionado).
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.
• O ar segue por tubulação para aquecimento junto ao trocador de calor com o fluido de arrefecimento do motor.
• Há prolongamento da tubulação de transporte do ar aquecido, mencionado previamente, para um segundo trocador de calor com o duto dos gases de escape, onde se tem a segunda etapa de aquecimento.
• Tubulação segue até ponto de consumo na cabine. Neste último trajeto, temos:
• Um sensor de temperatura anterior ao bocal de encaixe. Este informa se a temperatura está correta, se está acima ou abaixo da temperatura necessária.
• 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 houver ganho financeiro, se passa pelo último trocador de calor, esfriando este ar de retorno e aquecendo o ar anterior ao uso.
• 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 (exemplo):
Operação do equipamento
Temperatura do ar, com refluxo:
Operação do equipamento
Operação do equipamento
• 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 entre os acessórios e o bocal do carro indica ao sistema 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
• Para o caso das pranchas, se o sistema não acusa variação na temperatura de retorno por tempo demasiado, se desliga automaticamente.
• Por necessitar tempo longo para produção estética o usuário deverá utilizar o sistema sentado e não em pé. Assim, as vibrações e solavancos no transporte não provocariam quedas e demais acidentes.
Operação do equipamento
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 (retirada após o uso).
• Com a peça no painel o sistema permite ativação. A prancha recebe ar aquecido e inicia aquecimento.
• Com a prancha no painel e o ar de retorno indicando temperatura similar a temperatura de entrada, por tempo previamente estipulado significa que a peça já está aquecida. Neste caso 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). Peça solta no veículo pode provocar acidente em caso de solavanco.
• Com a peça fora do painel e a temperatura de retorno estiver similar a temperatura de entrada por tempo longo, sem oscilações, indica que o aparelho foi esquecido ligado. Neste caso o sistema desliga e só torna a ligar após ser reinserido no painel.
Custos
Dado o fato da idéia ser muito recente, não tive 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, com tempo de vida de 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 veículo poderia ter um custo acima de R$1000 e não gerar reclamações. Estando em um ônibus, com o custo rateado, ficaria mais em conta para os interessados.
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