2ηφάση Ο Δημιουργός Μηχανικός ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΣΥΝΘΕΣΗ Διπλ. Μηχανικός ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗΣ ( ταξινόμηση κατά Bloom) ΓΝΩΣΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑ ΑΝΤΙΛΗΨΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗ 1ηφάση Εμπέδωση Της Γνώσης Ορισμοί Τεχνολόγος 1
Ο Δημιουργός Μηχανικός Τρία χαρακτηριστικά βήματα & το σημαντικότερο βήμα... Ανάλυση Σύνθεση Αξιολόγηση ΚΑΙΝΟΤΟΜΙΑ 2 Η παλαιά τεχνολογία του καταπέλτη χρησιμοποιείται σήμερα για την Εκτόξευση RPVs) (ΟΒΙ) Αεροσκάφος miniature Καταπέλτης κοτόπουλου
Μηχανολογικός Σχεδιασμός Σύλληψη-Καινοτομία Υλοποίηση-Κατασκευή Χαρακτηριστικά Μεθοδικότητα Διεπιστημονικότητα Συνθετότητα Μη γραμμικότητα-αλληλεπίδραση 3 Ολικός Σχεδιασμός (το πρόβλημα της αποθήκευσης του Υδρογόνου) Bottom-up και up-down approach Νανοσωλήνες άνθρακα σε παραμόρφωση
To Τεχνολογικό Πρόβλημα Πιέσεις για βελτίωση Τεχνολογικές πιέσεις και προκλήσεις (περιβάλλον-οικονομία) Παρούσα τεχνολογία (συστημάτων-υποσυστημάτων) Κρίσιμα σημεία παρούσας τεχνολογίας & προοπτικές αντιμετώπισης Ενσωμάτωση τεχνολογικών καινοτομιών Επίδραση των καινοτομιών (κόστος-εμπορευσιμότηταπεριβάλλον-δημιουργία θέσεων εργασίας-κοινωνικές επιδράσεις-ανακύκλωση) Αειφόρος ανάπτυξη 4 Παράδειγμα: Σύνδεση Κατεχάκη-ΕΜΠ
Λειτουργία (συστήματοςυποσυστήματος) Εργονομία Ποιότητα Αισθητική Αξιοπιστία Απλότητα χρήσης Προδιαγραφές προιόντος Λειτουργικές Περιβαλλοντικές συνθήκες Θόρυβος-φιλικότητα προς το περιβάλλον Ανακυκλωσιμότητα υλικών Συντήρηση Ασφάλεια Ανταγωνιστικό πλεονέκτημα 5
Απαιτήσεις κατασκευής Τρόπος Υλικά Συναρμολόγηση Ποσότητες Ρυθμός παράδοσης Κριτήρια αποδοχής Προδιαγραφές προιόντος- Παρακολούθηση παραγωγής Δοκιμή Κριτήρια Κατασκευαστικές Τεχνολογική παλαίωση Κριτήρια Νομοθεσία Επίδραση στο περιβάλλον Νομοθεσία 6
To Αυτοκίνητο και τα προβλήματά του Το πρώτο αυτοκίνητο FORD Όχημα πόλης Πόσους επιβάτες Στάθμευση Ρύπανση Κυκλοφοριακός φόρτος To αυτοκίνητο που όλοι μας θα θέλαμε Έχουμε λύσεις ; 7
Μια στρατηγική αντιμετώπισης Προβλήματα από τα σημερινά αυτοκίνητα Απαιτήσεις-προδιαγραφές (λειτουργίαςκατασκευής) Περιοχές τεχνολογικής βελτίωσης Ιδεογένεση Σύνθεση Καινοτομία 8
Kατανάλωση καυσίμου Τύπος αμαξώματος Απαιτούμενη ισχύς για την υπερνίκηση της Cw αεροδυναμικής αντίστασης ( kw ) 40 km/h 80 km/h 120 km/h 160 km/h Κάμπριο 1 7,9 27 63 Στέισον - βάγκον 0,91 7,2 24 58 Σεντάν 0,78 6,3 21 50 Φώτα και προφυλακτήρες ενσωματωμένα στο αμάξωμα, τροχοί καλυμμένοι 0,58 4,6 16 37 Φώτα και τροχοί περιβάλλονται από τοπ αμάξωμα το οποίο είναι καλυμμένο από κάτω 0,37 3,0 10 24 Βελτιώσεις Σύστημα καύσης Αεροδυναμική Λάστιχα Μετάδοση κίνησης 9
H Mηχανή (ΜΕΚ) Otto Diesel Wankel Xαμηλή απόδοση σε χαμηλές στροφές κίνηση στις πόλεις 10
Diesel Ρύπανση-Ρύπανση-Ρύπανση CO - 11% Μονοξείδιο του Άνθρακα CO - 89% HC - 27% Υδρογονάνθρακες HC - 73% NΟ x - 39% Οξείδια του αζώτου NΟ x - 61% SO 2-85% Διοξείδιο του θείου SO 2-15% Pb - 0% Μόλυβδος Pb - 100 C - 67% Άνθρακας κάπνα C - 33% CO 2-47% Διοξείδιο του Άνθρακα CO 2-53% Αντιμετώπιση του προβλήματος Διοδικοί Καταλύτες Αισθητήριo λ-τριοδικός καταλύτης Otto 11
Παθητική ασφάλεια Yλικά Κόστος Εργαλείων Κόστος παραγωγής Κόστος υλικών Bελτιώσεις Υλικά Τάση διαρροής (MN/m2) Μέτρο ελαστικότητ ας (GN/m2) Ατσάλι 800 230 8000 Αλουμίνιο 170 70 2,7 Πολυκαρβ ουνικά Πολυεστερ ικά 60 3 1,25 800 50 2 Πυκνότητα (kg/m3) 12
Υβριδικά αυτοκίνητα Σφόνδυλοι αποθήκευσης ενέργειας Κυψέλες καυσίμου Ηλιακά αυτοκίνητα Πεπιεσμένος αέρας Εναλλακτικά αυτοκίνητα 13
Βαθμός απόδοσης μηχανών 14
Παρασκευή Αποθήκευση Χρήση Τεχνολογία Υδρογόνου Κινητήρες Υδρογόνου Κυψέλες καυσίμου 15
Αυτοκίνητο Υδρογόνου Θα το αγοράζατε; 16
Περιβαλλοντικές επιπτώσεις Όχημα μηδενικής εκπομπής ρύπων ( νομοθεσία της Καλιφόρνια) Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο εκμεταλλεύεται την ηλ. ενέργεια, την οποία παράγουν ατμο- και υδροηλεκτρικοί σταθμοί, ανεμογεννήτριες, πυρηνικοί σταθμοί. Ακόμα κι αν το ρεύμα της κίνησης παράγεται από καύσιμα, η απόδοση του σταθμού παραγωγής είναι μεγαλύτερη κι ο έλεγχος των καυσαερίων αυτού είναι ευκολότερος. Συμφωνείτε από περιβαλλοντική άποψη; 17
Ηλεκτρικό αυτοκίνητο Μια παλαιά ιστορία 1860: Εφεύρεση συσσωρευτών από τον Gaston Plante στη Γαλλία. 1881: Κυκλοφορία ενός ηλεκτρικού τρικύκλου στο Παρίσι 1890: Κατασκευή πρώτου ηλεκτρικού αυτοκινήτου στην Αϊόβα 1912: Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο στο ζενίθ τη δημοτικότητάς του: 34.000 οχήματα κυκλοφορούν στις Η.Π.Α. 18
ΗΙστορία συνεχίζεται Η εφεύρεση της μίζας οδηγεί σε μαρασμό το ηλεκτρικό αυτοκίνητο και προωθεί το βενζινοκίνητο, που τελικά επικράτησε εξαιτίας των ανώτερών του επιδόσεων και της μεγαλύτερης αυτονομίας του. Μετά το Β Παγκ. Πόλεμο η ηλεκτροκίνηση επανέρχεται στο προσκήνιο, χωρίς όμως συνέχεια. Η ενεργειακή κρίση της δεκαετίας 1970-1980 δεν κατάφερε ούτε αυτή να φέρει στην επιφάνεια τα ηλ. αυτοκίνητα. Τελικά, η ανάπτυξη νέων τύπων συσσωρευτών μετά το 1990 έδωσε νέα ώθηση στο ηλ. αυτοκίνητο, με αποτέλεσμα αυτό να είναι πλέον ισχυρός αντίπαλος για τα συμβατικά αυτοκίνητα. 19
ΗΕπανεμφάνισητουEV Υποδομή στον σχεδιασμό Σχεδίαση Αεροδυναμική Εργονομική Σασί Διάταξη μηχανής,υποσυστημάτων και ανθρώπων Τεχνολογικές πιέσεις (ρύπανση-κυκλοφοριακός φόρτος) Χρήση πλαστικών (μείωση βάρους-μείωση κόστους) Χρήση υποσυστημάτων υψηλής τεχνολογίας (ενεργητική πέδηση, DC/AC) 20
Κατά το σχεδιασμό ενός ηλεκτρικού αυτοκινήτου θα πρέπει να ληφθούν υπόψη ηαεροδυναμική Εσωτερική εργονομία και το βάρος. Βασικές παράμετροι ηλεκτρικού αυτοκινήτου Για την κατασκευή του αυτοκινήτου χρησιμοποιούνται ενώσεις και κράματα του αλουμινίου, του σιδήρου, του χάλυβα, πλαστικών, μαγνησίου και συνθετικών ενώσεων. Οι κατασκευαστικές εταιρίες επιδιώκουν μείωση του κόστους, ανθεκτικότητα, κατεργασιμότητα και δυνατότητες ανακύκλωσης. 21
Εργονομία-Ανέσεις Οι ανέσεις που θα πρέπει να παρέχει ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο δεν διαφέρουν από τις αντίστοιχες ενός βενζινοκίνητου. Αναφέρονται χαρακτηριστικά: Διάταξη κλιματισμού Στερεοφωνικό συγκρότημα Υδραυλικές υποβοηθήσεις (ενεργητική απόσβεση) Κεντρικό κλείδωμα Θέρμανση MP3-GPS-Φωνητική οδήγηση 22
Γενικά μειονεκτήματα συσσωρευτών: Μεγάλος όγκος και μικρή αποθηκευτική ικανότητα Περιορισμένες προς το παρόν δυνατότητες ανακύκλωσης Κυριότεροι τύποι συσσωρευτών: Μολύβδου-οξέος, από τον Gaston Plante Νικελίου-καδμίου Λιθίου Νατρίου-θείου Συσσωρευτές-Ι Το μεγάλο πρόβλημα 23
Απαιτήσεις από ένα Συσσωρευτή Σχέση ισχύος προς βάρος Χωρητικότητα φόρτισης Παροχή σταθερής ισχύος Μακροζωία-Μεγάλο πλήθος επαναφορτίσεων Ελάχιστη συντήρηση Ανακυκλώσιμα μέρη και υλικά Παράμετροι σχεδίασης συσσωρευτών: Διαθέσιμος χώρος Μέγιστο επιτρεπόμενο βάρος Προσδοκώμενη αυτονομία Απόβαρο οχήματος Μέγιστο ανεκτό κόστος οχήματος Μέθοδος επαναφόρτισης 24
Χαρακτηριστικά Συσσωρευτών ΤΥΠΟΣ ΜΠΑΤΑΡΙΑΣ ΟΝΟΜΑΣΤΙΚΗ ΤΑΣΗ ΧΩΡΗΤΙΚΟΤΗΤΑ ΒΑΡΟΣ νικελίου-καδμίου 72volt 55Ah 140kgr μολύβδου-οξέος 72volt 47Ah 195kgr νατρίου-θείου 72volt 2 * 55Ah 110kgr 25
Χαρακτηριστικά συσσωρευτών νέας τεχνολογίας Τύπος μπαταρίας Πυκνότητα ενέργειας Πυκνότητα ισχύος Κύκλοι ζωής Σχετικό κόστος Απλή μολύβδου οξέος 35 150 500 1 Αναβαθμισμένη μολύβδου οξέος 48 150 800 3 NiMH της General Motors 70 220 >600 8 NiMH της Saft 70 150 1.500 8 Πολυμερών λιθίου 150 350 <600 10 Ιόντων λιθίου της Saft 120 230 600 9 Χλωρίου-νικελίου-σοδίου 86 150 <1000 4 26
βάρος συσσωρευτών σε λίβρες 5000 4000 3000 2000 1000 0 Το βασικό πρόβλημα των συσσωρευτών βάρος συσσωρευτών συναρτήσει της αυτονομίας αυτονομία σε μίλια 50 100 150 200 250 300 27
κόστος μπαταρίας σε δολάρια 8000 6000 4000 2000 0 Το κόστος των συσσωρευτών κόστος μπαταρίας συναρτήσει της αυτονομίας αυτονομία σε μίλια 50 100 150 200 250 300 28
Μία λύση στο πρόβλημα Σύστημα ανταλλασσόμενης μπαταρίας: Ανάγκη ύπαρξης κέντρων ανταλλαγής Διατήρηση μπαταριών σε άριστη κατάσταση Μικρή οικονομική επιβάρυνση του χρήστη Ελάττωση βάρους οχήματος Βελτίωση επιδόσεων των συσσωρευτών Προσδόκιμα πλεονεκτήματα από την εφαρμογή της ανταλλασσόμενης μπαταρίας: Κατανάλωση μικρών ποσών ενέργειας από τους συσσωρευτές Απαίτηση μικρότερης αυτονομίας 29
Βάση λειτουργίας: στρεπτικές ροπές στο δρομέα από δυνάμεις Laplace. Είδη ηλεκτροκινητήρων: συνεχούς ρεύματος τριφασικοί εναλλασσόμενου ρεύματος μονοφασικοί εναλλασσόμενου ρεύματος γραμμικοί Ηλεκτροκινητήρες 30
Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα μπορούσαν να χρησιμοποιούν κλασσική πέδηση. Με τη μέθοδο του αναπαραγωγικού φρεναρίσματος καταφέρνουν όμως να ανακτήσουν ενέργεια και να φορτίσουν τους συσσωρευτές, ενώ επιβραδύνονται, αυξάνοντας έτσι την αυτονομία τους μέχρι και 15%. Σύστημα πέδησης 31
Ηλεκτρική λειτουργία 32 Κανονική Κανονικήροή ροήτης τηςηλεκτρικής ηλεκτρικήςενέργειας ενέργειας
Σύστημα πέδησης 33 Ροή Ροήενέργειας ενέργειαςκατά κατάτο τοαναπαραγωγικό αναπαραγωγικόφρενάρισμα
Πάγια υποδομή Παραλληλισμός της πάγιας υποδομής όπως την εννοούμε σήμερα, με αυτή, την οποία απαιτεί το ηλ. αυτοκίνητο Απαραίτητα τα κέντρα φόρτισης, τόσο για οχήματα ενσωματωμένης μπαταρίας, όσο και για οχήματα ανταλλασσόμενης μπαταρίας 34
κόστος σε δολάρια Περί κόστους κι επιδόσεων αρχικό κόστος οχήματος συναρτήσει της εμβέλειας 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 εμβέλεια σε μίλια 50 100 150 200 250 300 35
κόστος συσσωρευτή Περί κόστους κι επιδόσεων ανά μίλι σε κόστος συσσωρευτή ανά μίλι συναρτήσει της δολάρια 0,3 0,2 0,1 0 εμβέλειας εμβέλεια σε μίλια 50 100 150 200 250 300 36
Απαιτήσεις: Ποιότητα κατασκευής Αυτονομία Επάρκεια πάγιων υποδομών Φορολογικά κίνητρα Προοπτική ηλεκτρικού αυτοκινήτου 37
Υπολογιστική αεροδυναμική ( το εικονικό γραφείο) 38
Ηάνεση 39
Καινοτομίες-Ι 40
Καινοτομίες-ΙΙ 41
Καινοτομίες-ΙΙΙ 42
Ηδοκιμή 43
Το τελικό προιόν 44
Θα το αγοράζατε; 45
Το Τρίκυκλο-BERCAR Μία άλλη λύση 46
Άλλες λύσεις (Π.Καρράς) 47
Το ανοιχτήρι Νέος Εναλλάκτης Θερμότητας 48
ΑΣΚΗΣΗ Δείτε γύρω σας και εντοπίστε κάτι που σας ενοχλεί, δεν λειτουργεί, λειτουργεί επικίνδυνα ή μπορεί να γίνει φθηνότερο. Ακολούθησε τα βήματα ταξινόμησης κατά Bloom καθώς και την ανάλυση του τεχνολογικού προιόντος και προτείνατε τρόπους βελτίωσής του. Διαδικασία Ιδεογένεσης (Brainstorming) Ζυγαριά μπάνιου & Κλειδιά αυτοκινήτου 49