Antecedentes:
Em um automóvel, apenas a 1 / 3 da energia potencial do combustível é convertida em energia mecânica e parte significativa da energia é perdida na forma de calor.
Houve tentativas anteriores de recuperar essa energia perdida. No início dos anos 90, a Porsche desenvolveu geradores termoelétricos automotivos (ATEG) que não passaram do estágio de prototipagem. Atualmente, a Porsche Motorsports está testando um sistema de captação de energia térmica em seu carro de corrida da série LeMans.
Além da pesquisa da Porsche, a GM está em colaboração com a Future Tech, LLC. explorar a idéia de usar a tecnologia elétrica para extrair energia de motores de combustão interna. Outros fabricantes de automóveis, como a BMW, também estão explorando essa tecnologia.
Atualmente, o uso de energia em um
- O carro pequeno tem aproximadamente 150 W
- O caminhão de tamanho normal é de aproximadamente 500 W
Se essa tecnologia puder ser implementada com sucesso, componentes como o radiador, a bomba de água e o alternador poderiam efetivamente reduzir a carga de trabalho ou removê-la do sistema, reduzindo a carga do motor de combustão interna.
Pergunta:
Com o crescente interesse em tecnologia verde, existem barreiras tecnológicas além da eficiência que impedem a implementação da captação de energia de motores de combustão interna usando tecnologia termoelétrica?
Referências:
- Qual deles deve ser usado com tensão de saída correspondente ou tensão de circuito aberto?
- Benefícios da tecnologia termoelétrica para automóveis
- A promessa e os problemas dos geradores termoelétricos
- Modelagem de um Gerador Termoelétrico Automotivo (ATEG)
- Termoelétrica para substituir alternadores de carros e melhorar MPG
- Gerador termoelétrico em motor diesel turboalimentado
- Pesquisadores da Universidade Kettering estão trabalhando com a General Dynamics para converter a energia térmica não utilizada de seus sistemas de propulsão em energia útil e limpa
- Porsche 919 Hybrid LeMans Racer vai atrás dos dois terços da energia da gasolina que é desperdiçada como calor
- Alemães tentando substituir o alternador por geradores termoelétricos ou TEGs
- Porsche 919 híbrido LMP1 Le Mans protótipo ...
Nota de rodapé
A duplicata sugerida está relacionada, mas ainda distintamente diferente. A ordem de magnitude de energia disponível para recuperar de um mecanismo de combustão interna é significativamente maior do que dentro da GPU de uma placa de vídeo. Como tal, as economias de escala são diferentes e, portanto, são possíveis soluções diferentes.
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Respostas:
Como em qualquer nova tecnologia, o custo é o grande fator aqui. Além disso, esses dispositivos produzem eletricidade, que é uma forma de energia que um automóvel de combustão interna típico pode utilizar apenas para equipamentos auxiliares. Isso melhoraria efetivamente a eficiência de combustível, mas o ganho seria relativamente menor.
Os engenheiros geralmente relutam em usar novas tecnologias caras que são relativamente não testadas quando os métodos existentes são suficientes para atingir a meta. Nesse caso, a maioria dos fabricantes de automóveis se esforça para produzir um produto com custo competitivo. As pessoas que estão mais preocupadas com a eficiência de combustível tendem a considerar um veículo híbrido (ou totalmente elétrico), em vez de um veículo movido por um motor de combustão interna padrão. A maioria dos outros consumidores prefere comprar um veículo mais barato que um que possa aumentar levemente sua eficiência de combustível.
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Existem boas razões para que, embora a maioria dos seus links seja de vários anos atrás, muito pouco tenha sido produzido por nenhum deles. A economia e a engenharia simplesmente não são favoráveis. Parte da arte de um motor é descarregar o calor o mais rápido possível; além disso, o calor é uma forma de energia de baixa qualidade; portanto, uma vez que sua energia é calor, você já perdeu todas as suas melhores oportunidades para trabalhar mais com ele. Vejamos essas duas coisas em detalhes.
livrar-se do calor rapidamente é o nome do jogo
O escapamento é projetado para retirar o calor e os produtos da combustão do motor. O radiador faz um trabalho semelhante de remover e dissipar o calor.
Despejar o calor rapidamente é crucial em um motor térmico, pois a eficiência depende da temperatura do reservatório frio e do delta para a temperatura mais alta.
Portanto, qualquer coisa que você colocar no caminho, como o dispositivo de captação de energia proposto, diminuirá a taxa na qual o calor sai do motor. Isso não apenas reduz a eficiência (parece bizarro que você tenha excluído a eficiência como uma consideração: por que mais você consideraria a coleta de energia, afinal?) Também aumentará a temperatura de equilíbrio das peças de trabalho do carro, diminuindo sua vida útil.
Se o combustível é tão valioso que a captação de energia parece atraente, vale a pena tornar o carro mais eficiente em primeiro lugar, para que haja menos calor residual: primeiro, reduza o consumo de energia de alto valor antes de tentar reciclar de baixo valor energia. E isso me leva a ...
energia versus exergia
O calor é, em grande parte dos casos, um produto residual. É quase sempre a forma menos útil de energia. É exatamente o que o limite de eficiência de Carnot está lhe dizendo: que, para obter algum trabalho com calor de baixa qualidade, você pode fazê-lo apenas com uma eficiência muito baixa; isto é, quase todo o calor permanecerá como calor.
Ao fazer engenharia com calor e outras formas de energia, é muito útil criar uma intuição para distinguir entre energia (a coisa medida em joules) e exergia (a coisa que faz o trabalho). A forma como está a energia determina quanto trabalho ela pode fazer. A energia química, como a do combustível, pode realizar grandes quantidades de trabalho com eficiência - possui exergia muito alta. Mas a mesma quantidade de energia que o calor pode fazer muito menos trabalho - ele tem uma exergia muito baixa. Os motores de combustão interna são tão ineficientes porque absorvem uma forma de energia de alto grau (química) e convertem-se imediatamente em um de baixa qualidade (calor).
O humilde alternador é muito bom em seu trabalho. Os geradores termoelétricos de estado sólido simplesmente não se aproximam, nem no custo, nem no desempenho. Usar a rotação relativa de um condutor e um ímã é um meio muito eficaz de transformar calor em eletricidade: é por isso que é usado em usinas de energia, carros, dínamos de bicicleta e muitos outros usos.
Portanto, embora a colheita de energia pareça inteligente, é uma engenharia ruim: está tentando corrigir um sintoma, em vez de resolver a causa subjacente.
Se você quiser mais trabalho com esses joules, faça esse trabalho antes que esses joules estejam na forma de calor.
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O uso de qualquer idéia / tecnologia depende de sua relação custo-benefício. Eficiência é apenas uma parte da análise. Se os módulos estivessem livres e nunca falhassem, certamente estariam em uso. No entanto, os módulos de alta temperatura são caros por sua energia produzida; tornando-os atualmente não econômicos.
Os EnergyNumbers explicam bem a termodinâmica envolvida. Por causa de Carnot, você não pode colher uma quantidade significativa de energia dessa maneira. É também por isso que o dinheiro para os módulos peltier é melhor gasto em maior eficiência / desempenho do motor. No entanto, o calor residual de alta temperatura estará presente independentemente e quando a termelétrica se tornar econômica, você a verá em uso.
Apesar do que as pessoas podem anunciar, nenhuma idéia / tecnologia é "verde" até que possa exercer seu próprio peso em uma análise de custo-benefício. Você tem que olhar para o quadro inteiro; quantos dólares e matérias-primas consumiram para fornecer essa energia "verde".
Se você deseja descobrir por si mesmo, aqui estão alguns módulos de alta temperatura que você pode avaliar e preço. Lembre-se de que os watts listados são a energia consumida e não a energia gerada. tetech.com
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