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domingo, 19 de outubro de 2014

Máquina Combinando Motor Elétrico de Tração com Compressor de Ar-Condicionado Provê Maior Autonomia para os VEs


Universidade Tecnológica de Nanyang - Singapura
Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang (NTU – Nanyang Technological University, em Cingapura) e do Centro Aeroespacial Alemão (DLR – Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt) elaboraram um novo designe de motor que, está sendo chamado de Motor Elétrico 2-em-1, o qual integra, numa mesma máquina elétrica (numa mesma carcaça), as funções de máquina elétrica(1)
de propulsão (motor / gerador) do sistema de transmissão (tração / frenagem) de um VE (Veículo Elétrico), e a de compressor de ar, para o sistema de ar-condicionado do VE. Esta integração, resulta tanto em maior eficiência energética, quanto numa  economizando de espaço e peso.

O que isso tem de inovador é que, em projetos até agora ainda tradicionais, o motor elétrico e o compressor do ar-condicionado são concebidos, normalmente, como duas unidades separadas.

Este designe combinado resulta em uma economia de espaço, permitindo, por exemplo, o emprego de pacotes de bateria maiores, o que pode aumentar a autonomia dos VEs, para estimadamente algo em torno 15% a 20%.

Explicando o invento, o Prof. Subodh Mhaisalkar, Diretor Executivo do Instituto de Pesquisas Energéticas da NTU afirmou: "O maior desafio com carros elétricos em megacidades tropicais é a autonomia de rodagem que os VEs podem realizar com uma carga (de bateria) completa, porque as baterias são necessárias para alimentar tanto o motor (do sistema de tração), quanto o ar-condicionado. Em países tropicais, como Cingapura, até a metade da capacidade da bateria é usada para alimentar o sistema de ar-condicionado."

Motor elétrico 2-em-1 - Vista em Corte

O novo design 2-em-1 permite que o motor elétrico seja mais eficientes na tração de rodas do carro, enquanto que o seu compressor de ar-condicionado, que é integrado, consome menos energia devido à sinergia entre o motor e o compressor, enquanto que o compressor também pode aproveitar, diretamente, a energia que é regenerada pela frenagem da máquina elétrica do carro, evitando ter que proceder a devolução dela para a bateria, para depois ser aproveitada.

Devido o esse potencial aumento de autonomia de rodagem, através maximização da eficiência do uso da energia, a invenção ganhou, recentemente, o prêmio de Melhor Originalidade no Concurso Internacional Tecnologia Verde (TECO), realizado em Taiwan, que neste ano recebeu 19 inscrições de universidades, incluindo a Universidade de Boston e da Universidade da Califórnia (UCLA). A equipe está se candidatando a uma bolsa Proof-of-Concept (POC) em Cingapura.

O motor elétrico pode assumir os fatores de forma tanto axial, quanto radial, para atender a qualquer tipo de topologia de sistema de transmissão de VE atual, inclusive ser usado para impulsionar o veículo integrado diretamente às rodas. A equipe da parceria NTU / DLR pretende desenvolver novos protótipos, depois dos quais a DLR realizará mais testes, melhorias e refinamentos para o novo motor em suas instalações na Alemanha, com o objetivo de eventual comercialização.

Motor 2-2m-1: Solução integrada de design para ar-condicionado veicular

Prof. Mhaisalkar disse que o novo motor elétrico não só ajudará a aumentar o alcance, mas também vai custar menos para produzir, já que exige menos material do que suas contrapartes (produzidas separadas). O resultado é que tanto o peso, quanto o tamanho da máquina combinada é reduzida. Como o projeto integrado combina as duas das partes atuadoras mais importantes de um VE, reduzindo sua complexidade, volume e peso, em uma solução energética altamente eficiente, esta inovação pavimentará o caminho para o alargamento da autonomia dos VEs.

"Com a população mundial de VEs se define para crescer rapidamente para 20 milhões em 2020, a a combinação mais eficiente do motor elétrico com compressor de ar-condicionado, permitirá que os carros rodem por maiores distâncias, com uma única carga (de bateria)", acrescentou o Prof. Mhaisalkar. "Esta eficiência energética, reduz as emissões globais de efeito estufa e promove soluções de transporte sustentáveis."

"Esta solução integrada de design para ar-condicionado encurtará o caminho em direção (a meta de) de se reduzir a ansiedade por autonomia dos motoristas (de VEs), (além de) reduzir os custos de manutenção, economizando tempo e dinheiro para os motoristas." Para os fabricantes de automóveis, o novo motor elétrico também vai custar menos para produzir, já que exigirá menos material do que suas contrapartes. Tanto o peso e tamanho do motor elétrico são reduzidos, disponibilizando mais espaço para outros componentes, tais como (módulos) de bateria extra.

Pesquisador acadêmico Sr. Satheesh Kumar
e as partes do novo motor elétrico 2-em-1
Dr Michael Schier, do Instituto de Conceitos de Veículos do DLR, disse: "Para os VEs, (em muitas regiões em que eles são e serão empregados), o ar-condicionado utiliza uma grande quantidade de energia elétrica, (tomando carga da bateria), reduzindo assim a autonomia dos VEs, em até 50%, para aumentar a eficiência energética e a autonomia dos VEs, o gerenciamento térmico e a integração de funções adicionais nos componentes existentes no sistema de transmissão desempenhar um papel importante".

"Ao integrar o compressor do sistema de refrigeração (de ambiente) diretamente ao motor elétrico, poupamos componentes, peso e custos. Simultaneamente, boa parte da energia cinética da frenagem regenerativa é transmitida diretamente para o compressor de refrigeração e, portanto, eficiência adicional e acrescentada.", acrescenta o Dr Michael Schier.

O acadêmico de pesquisa, Satheesh Kumar do Instituto de Pesquisas Energéticas do NTU disse o motor elétrico integrado (ao compressor) desafia o projeto convencional que remonta para a década de 1960, quando o ar-condicionado se tornou popular (nos veículos automotores). "Naquela época, ar-condicionado era algo novo, que era uma característica extra para um carro de motor de combustão", disse o pesquisador de 29 anos de idade, de Cingapura.

"Uma vez que estamos agora projetando VEs a partir do zero, não vejo nenhuma razão por que devemos manter as duas unidades separadas", disse o Sr. Satheesh Kumar. "Assim, comprovamos que a combinação dos dois nos dá sinergia: uma utilização mais eficiente da energia elétrica, e também melhora o freio motor, que para o carro mais rápido, com menor desgaste das pastilhas de freio."

Notas:

  1. Pela definição clássica, o termo "Máquina Elétrica" é sinônimo de ambos, tanto de “Motor Elétrico” quanto de “Gerador Elétrico”, os quais são conversores de energia eletromecânicos, capazes de realizar tanto a conversão de energia elétrica para energia mecânica (motor elétrico) ou de energia mecânica para energia elétrica (gerador elétrico). O movimento envolvido na energia mecânica pode ser linear ou rotativo. Nas aplicações em sistemas de propulsão de veículos automotores, em geral, emprega-se máquinas rotativas. Na grande maioria das aplicações das máquinas elétricas, incluindo, entre elas, a aplicação em que um “motor” é destinado para ao sistema de propulsão de Veículos Elétricos (VEs), é muito mais correto se manter o uso do termo “máquina elétrica”, principalmente pelo fato de que ela (a máquina elétrica) estará, eventualmente, operando em ambos os modos: tanto no “modo motor” como no “modo gerador”, dependendo do regime de movimento da máquina elétrica. O modo que a máquina elétrica opera depende do modo como o próprio veículo está sendo conduzido. Se o veículo é conduzido em “modo de tração” (onde existe aceleração ou manutenção da velocidade do VE), a máquina elétrica opera, efetivamente, como um motor. Todavia, se o veículo é conduzido em “modo de frenagem” (em que ocorre desaceleração do mesmo), a máquina elétrica que (erroneamente) chamamos de motor, na verdade, operará como um gerador elétrico. Saiba mais em: 

    Máquinas Elétricas de Imãs Permanentes (Parte 1/2)

     

    Freio Regenerativo (Sistema de Recuperação de Energia Cinética)

     

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