Carro de ar comprimido - Compressed air car
Um carro de ar comprimido é um veículo de ar comprimido alimentado por vasos de pressão preenchidos com ar comprimido e impulsionado pela liberação e expansão do ar dentro de um motor pneumático ou motor adaptado a ar comprimido. O carro pode ser movido exclusivamente a ar ou combinado (como em um veículo elétrico híbrido) com gasolina , diesel , etanol ou uma planta elétrica com frenagem regenerativa . Os carros a ar comprimido operam de acordo com um processo termodinâmico onde o ar resfria ao se expandir e aquece ao ser comprimido e essas são perdas de energia térmica que drenam o fator de capacidade do ar comprimido , porém com os recentes desenvolvimentos em usinas de armazenamento isotérmico de energia de ar comprimido ICAES , o armazenamento de ar comprimido atingiu 4 vezes o fator de capacidade das baterias de íon-lítio com 2,7Mj / kg ou 3,6Mj / m3 e em 2020 houve desenvolvimentos no carro ICAV ou veículo de ar comprimido isotérmico publicado pelo Dr. Reza Alizade Evrin de Ontário Tech University com um primeiro protótipo que usa tanques de ar de baixa pressão e recuperação de ar de exaustão para alimentar um sistema de trocador de calor de parafina com uma eficiência energética global de 74% (atingindo 73% -90% de eficiência de carros elétricos de íon de lítio ) com um driving range de 140 km. Esta eficiência e alcance podem ser aumentados usando tanque de armazenamento como estrutura do chassi do carro, tanques de alta pressão, novos motores rotativos e um trocador de calor mais eficiente, este avanço junto com a disponibilidade de termoplásticos reciclados e de base biológica para tanques e componentes pneumáticos e energia renovável significa que esta tecnologia pode ser a base de uma revolução de transporte verde livre com descentralização de energia e indústria circular com fabricação de máquinas de controle numérico de código aberto, incluindo manufatura aditiva, enquanto compressores de ar multiestágios e resfriadores ou bombas hidráulicas podem ser acoplados diretamente às turbinas eólicas VAWT , stirling motor com um concentrador solar de lente parabólica ou fresnel ou rio, maré, turbina hidrelétrica de ondas sem energia elétrica ou rede elétrica necessária, nem ineficiências de conversão de energia ou armazenamento de energia adicional, também em vez do sistema de recuperação de calor a bordo , pode ser usado um sal fundido recarregável ( de lentes de fresnel ou concentrado parabólico energia solar nominal ) em um sistema de trocador de calor .
Tecnologia
Motores para ar comprimido
Houve várias alegações duvidosas com informações não divulgadas, no entanto, o motor "di pietro" foi parcialmente testado com CAD e programa de análise de elementos finitos e publicado em artigos científicos por Jarosław Zwierzchowski da Universidade de Tecnologia de Lodz em 2017, que é um motor de aleta excêntrico que usa baixa pressão de ar. Outro motor recente que poderia ser adaptado para ar comprimido é o motor rotativo LiquidPiston .
Tanques de ar comprimido e segurança de colisão
Os tanques devem ser projetados de acordo com os padrões de segurança apropriados para um vaso de pressão , como ISO 11439 .
Os vasos de pressão ou tanques de armazenamento de ar que podem ser usados em carros de ar comprimido podem ser feitos de baixa pressão (9 atm) ou alta pressão (+240 atm), e podem ser feitos de materiais compostos como termoplásticos e termoplásticos reforçados com fibra, ou seja, que o preço pode cair com o uso de termoplásticos reciclados ou de base biológica por rotomoldagem e são muito mais leves que as baterias de lítio-ferro e 70% mais leves em comparação com os tanques de aço, além de terem maior vida útil e não precisam de muita manutenção.
Para reduzir ainda mais o peso do carro, os vasos de pressão podem ser usados como armazenamento estrutural, de modo que o tanque seja a parte principal do chassi do carro ao usar o isolamento de impacto apropriado. No entanto, os tanques termoplásticos reforçados com fibra só têm rupturas em caso de colisão e não explodem. O avanço em vasos de pressão para carros foi desenvolvido para carros a hidrogênio com vasos de alta pressão de compressão, esta é uma citação da página da hyundai que criou o Hyundai Nexus com 700 tanques atm e testes de colisão favoráveis .
”Os tanques de hidrogênio exigem 'Alta resistência' para evitar ruptura e 'Alta rigidez' para durabilidade. Força é definida como o nível de resistência à influência de uma força externa. Rigidez é o nível de resistência que mantém sua forma original. Os materiais de fibra de carbono usados na fabricação de tanques de combustível de hidrogênio são leves como um plástico, mas têm seis e quatro vezes a resistência e a rigidez do aço, respectivamente. “Quando uma bala penetra em um tanque de hidrogênio, ela não explode. Em vez disso, o hidrogênio vaza pelo buraco da bala. Em um teste de colisão padrão, nem mesmo uma pequena quantidade de hidrogênio foi detectada porque nenhum vazou.
Produção de ar comprimido, armazenamento e eficiência e densidade de energia
O ar comprimido tem uma densidade de energia baixa , no entanto, o armazenamento de ar comprimido quase isotérmico ICAES tem quase 4 vezes a capacidade das baterias de íon-lítio com 2,7Mj / kg ou 3,6Mj / m3. Além disso, o ar comprimido pode ser produzido conectando-se um compressor de ar ou bomba hidráulica a uma turbina eólica ou usando uma turbina hidrelétrica de ondas, marés, com apenas uma conversão de energia mecânica para pneumática eliminando eletricidade do circuito que dá maior eficiência geral, também há o possibilidade de usar energia térmica com um concentrador solar de lente parabólica ou fresnel para acionar um motor térmico stirling para mover o compressor ou a bomba, o stirling solar é mais eficiente do que o vapor solar e o fotovoltaico.
Emissões
Carros de ar comprimido não são apenas livres de emissões, mas também livres de energia elétrica, uma vez que uma turbina eólica pode ser conectada a um compressor de ar ou bomba hidráulica ou um motor rotativo a um concentrador solar de lente parabólica ou fresnel . Em outras palavras, a implantação de carros de ar comprimido não depende de ar comprimido de postos de gasolina ou infraestrutura de rede elétrica .
Uma vez que o ar comprimido é filtrado para proteger o maquinário do compressor, o ar descarregado tem menos poeira suspensa nele, embora possa haver transporte de lubrificantes usados no motor que pode ser mitigado pelo uso de compressores de turbina eólica isentos de óleo com turbina eólica intercoolers alimentados
Consumo de recursos
Os recentes desenvolvimentos de vasos de pressão compostos e componentes pneumáticos significam que os carros de ar comprimido podem fazer parte da indústria circular com componentes de base biológica ou reciclados , também cortando a energia elétrica do circuito, não há necessidade de rede elétrica e os metais usados como cobre, ferro em ímãs, etc.
Vantagens
A eficiência energética da fonte de energia, usando turbinas eólicas para compressores ou bombas há uma única conversão de mecânica em energia pneumática ou hidráulica, e por alimentar o compressor com motor Stirling com uma parabólica ou fresnel lente concentrador solar há energia térmica a energia mecânica de conversão , também usando um material de mudança de fase no trocador de calor aquecido com energia solar concentrada, há apenas energia solar térmica envolvida.
Eficiência energética do veículo em comparação ao íon-lítio , a partir de 2020 o primeiro protótipo isotérmico chega a 74%, o que é semelhante aos 73-90% dos veículos elétricos
Densidade de energia em comparação com íon-lítio , armazenamento de energia de ar comprimido isotérmico ICAES, densidade de energia pode ser de pelo menos 2,7Mj / kg ou 3,6Mj / m3, 4 vezes maior que as baterias de íon-lítio, que podem ser melhoradas com vasos de alta pressão e sistemas trocadores de calor .
Recursos, tecnologia de ar comprimido podem ser adaptados para energia renovável e indústria circular com compostos de base biológica ou reciclados e, portanto, em comparação com carros elétricos, eles podem ser isentos de recursos minerais finitos ou processos tóxicos usados na fabricação de baterias e motores elétricos e também do uso da rede elétrica .
Peso estrutural , o baixo peso do composto vasos de pressão em relação aos iões de lítio da bateria e também em comparação com tanques de aço (70% mais leve), que que podem ser reduzidos através da utilização dos tanques de como a estrutura do carro de chassis com isolamento impacto apropriado, também o baixo peso de motores rotativos do motor do cubo da roda .
Reabastecimento em quase qualquer lugar ou com equipamento de bordo, pois só é necessário energia eólica, solar ou fluvial, das marés, das ondas hidrelétricas para movimentar um compressor de ar , uma bomba hidráulica ou um motor stirling .
Sinergia de energia com a energia pneumática disponível, de modo que todos os sistemas mecatrônicos do carro podem ser movidos por pequenos motores a ar, e também o carro pode usar suspensão pneumática ativa , direção pneumática ou amortecedores de absorção de choque pneumáticos, também pode ser fornecido ar condicionado ou controle de clima com o uso da baixa temperatura criada durante a expansão do ar.
Sistemas de recuperação de energia com suspensão regenerativa e frenagem regenerativa produzindo ar comprimido de baixa pressão para ser armazenado em um vaso de pressão adicional .
Baixo ruído de motores rotativos sem pistão durante o uso de ar comprimido, que também pode ser à prova de som devido à baixa temperatura em que funciona, portanto, os motores movidos a ar podem ser virtualmente silenciosos
Risco zero de incêndio , o que o torna um dos poucos sistemas de transporte que não pode produzir incêndios espontâneos ou pós-colisão ou explosões como no caso dos veículos a gasolina, etanol, hidrogênio e também a bateria.
Os motores a ar comprimido reduzem o custo de produção do carro, porque não há necessidade de construir um sistema de refrigeração, velas, motor de arranque ou silenciadores.
A taxa de autodescarga é muito baixa, ao contrário das baterias que se esgotam lentamente com o tempo. Portanto, o veículo pode ficar sem uso por períodos mais longos do que os carros elétricos.
Redução ou eliminação de produtos químicos perigosos, como gasolina ou ácidos / metais de bateria
Carros a ar comprimido podem ser usados em certas situações sem quaisquer problemas:
- atmosferas de trabalho potencialmente explosivas
- a vizinhança de fortes campos elétricos magnéticos
- Radio Quiet Zones
Desvantagens
Densidade de energia do ar comprimido em comparação ao nitrogênio líquido ou hidrogênio .
Eficiência energética do motor de ar comprimido em comparação com microturbina a gás com isolamento acústico adequado que pode ser usado em veículos híbridos de turbina a gás-elétrico com uma mistura de ar comprimido, nitrogênio líquido ou hidrogênio ( veículos movidos a turbina a gás anteriores usaram uma configuração para velocidade em vez do que a eficiência consistindo em um grande ruído de turbinas a gás conectadas à transmissão), uma vez que a turbina a gás (que são usadas em usinas térmicas devido à sua eficiência ) supera os motores rotativos sem pistão , no entanto, a produção de ar comprimido é mais eficiente em energia e requer menos energia eólica e infraestrutura e também há perda de eficiência da turbina a gás ao gerador e ao motor elétrico .
Embora as baterias possam manter de certa forma sua tensão durante a descarga e os tanques de combustível químico forneçam as mesmas densidades de potência do primeiro ao último litro, a pressão dos tanques de ar comprimido cai conforme o ar é retirado, o que pode ser mitigado usando um motor adicional para menor pressão em estradas sem declive.
Desenvolvedores e fabricantes
Várias empresas estão investindo em pesquisa, desenvolvimento e implantação de carros a ar comprimido . Relatórios superotimistas de produção iminente datam de pelo menos maio de 1999. Por exemplo, o MDI Air Car fez sua estreia pública na África do Sul em 2002 e estava previsto para estar em produção "dentro de seis meses" em janeiro de 2004. Em janeiro de 2009 , o carro aéreo nunca entrou em produção na África do Sul. A maioria dos carros em desenvolvimento também depende do uso de tecnologia semelhante aos veículos de baixo consumo de energia, a fim de aumentar o alcance e o desempenho de seus carros.
MDI
A MDI propôs uma gama de veículos composta por AIRPod , OneFlowAir, CityFlowAir, MiniFlowAir e MultiFlowAir. Uma das principais inovações desta empresa é a implementação da sua “câmara ativa”, que é um compartimento que aquece o ar (através da utilização de um combustível) para duplicar a produção de energia. Esta 'inovação' foi usada pela primeira vez em torpedos em 1904.
Tata Motors
Em janeiro de 2009, a Tata Motors da Índia planejava lançar um carro com motor de ar comprimido MDI em 2011. Em dezembro de 2009, o vice-presidente de sistemas de engenharia da Tata confirmou que o alcance limitado e as baixas temperaturas do motor estavam causando problemas.
A Tata Motors anunciou em maio de 2012 que avaliou o projeto passando a fase 1, a "prova do conceito técnico" para a produção total para o mercado indiano. A Tata passou para a fase 2, "completando o desenvolvimento detalhado do motor de ar comprimido em veículos específicos e aplicações estacionárias".
Em fevereiro de 2017, o Dr. Tim Leverton, presidente e chefe da Engenharia Avançada e de Produto da Tata revelou que estava em um ponto de "início da industrialização" com os primeiros veículos disponíveis em 2020. Outros relatórios indicam que a Tata também está procurando reviver planos para um versão de ar comprimido do Tata Nano , que já havia sido considerado como parte de sua colaboração com a MDI.
Engineair Pty Ltd
A Engineair é uma empresa australiana que produziu protótipos de diversos protótipos de pequenos veículos usando um inovador motor a ar rotativo projetado por Angelo Di Pietro . A empresa está buscando parceiros comerciais para utilizar seu motor.
Peugeot / Citroën
A Peugeot e a Citroën anunciaram que pretendiam construir um carro que usasse ar comprimido como fonte de energia. No entanto, o carro que eles estão projetando usa um sistema híbrido que também usa um motor a gasolina (que é usado para impulsionar o carro a mais de 70 km / h, ou quando o tanque de ar comprimido estiver vazio). Em janeiro de 2015, houve "Notícias decepcionantes da França: PSA Peugeot Citroën suspendeu indefinidamente o desenvolvimento de seu trem de força Hybrid Air de som promissor, aparentemente porque a empresa não conseguiu encontrar um parceiro de desenvolvimento disposto a dividir os enormes custos de engenharia do sistema. " Os custos de desenvolvimento são estimados em 500 milhões de euros para o sistema, que aparentemente precisaria ser instalado em cerca de 500.000 carros por ano para fazer sentido. O chefe do projeto deixou a Peugeot em 2014.
APUQ
APUQ (Association de Promotion des Usages de la Quasiturbine) fez o APUQ Air Car, um carro movido por um Quasiturbine .
Veja também
- Motor de ar
- Estação para carregar
- Armazenamento de energia de ar comprimido
- Bateria de ar comprimido
- Veículos de ar comprimido
- Troca de motor
- Plug-in híbrido
- Pneumática
Referências
links externos
- Fairley, Peter (novembro de 2009). "Esvaziando o carro aéreo" . Espectro IEEE . Arquivado do original em 05/05/2018 . Página visitada em 23-11-2009 .
- "Grupo Scuderi apresentará resultados preliminares em estudo de híbrido de ar e atualização sobre teste de protótipo de motor Scuderi no Salão do Automóvel de Washington" . Congresso de carros verdes . BioAge Group. 16 de janeiro de 2010.