Relatório de viagem Ciência sem Fronteiras University of Surrey (Inglaterra) Leticia Vidal Ozorio Curso: Engenharia Mecânica Período de intercâmbio: Setembro 2015 Agosto 2016
Realizei um intercâmbio acadêmico no Reino Unido através do programa Ciência sem Fronteiras no período entre setembro de 2015 e agosto de 2016. Durante o mesmo, assisti matérias e fiz parte de projetos do curso de Engenharia Automotiva da Universidade de Surrey. Esses onze meses de estudo fora do Brasil, em uma universidade de excelência acadêmica, em um país que pode ser considerado como um dos berços da ciência e tecnologias foi muito importante para o meu amadurecimento tanto acadêmico, quanto pessoal, uma vez que os desafios durante a trajetória foram constantes. Recepção na University of Surrey: Assim como esperado, a Universidade foi muito receptiva com todos os alunos brasileiros que estudariam em diversos cursos por meio do programa. Diversas palestras, instruções e até mesmo feiras e festas foram feitas, de modo que os alunos se sentissem muito bem-vindos na nova etapa que estaria prestes a se iniciar. Para mim isto fez uma grande diferença, uma vez que uma boa recepção e ambientação sempre influencia positivamente no modo como encaramos os desafios. Além disso, a universidade dispunha de acomodações só para estudantes - uma espécie de vila - muito próximas do campus de estudo e esportes. Havia ônibus para todos os lugares da cidade e com a carteira de estudante, muitos serviços de transporte eram mais baratos, ou até mesmo de graça. A universidade de Surrey fica especificamente na cidade de Guildford. É uma cidade pequena e bem charmosa, o que foi muito interessante já que estou acostumada com o caos do Rio de Janeiro. Apesar de ser uma cidade de interior, ela fica localizada somente a 30 minutos de trem para Londres. O trem de Guildford para Waterloo Station era geralmente o mais rápido e custava em média de 6-10 para estudantes. Como era um preço bem acessível, viajar para Londres nos finais de semana era uma opção muito boa quando eu sentia um pouco de saudade de cidade grande, e além disso, Londres é uma cidade muito rica em cultura e diversidade. Assim era fácil e divertido sair da rotina e conhecer novas pessoas geralmente eu escolhia feiras, parques e museus diferentes a cada vez que eu ia. O curso de Engenharia Automotiva: Na Universidade de Surrey, a engenharia Mecânica é dividida em três áreas basicamente: Automotiva, Aeroespacial e Médica. Confesso que de início fiquei um pouco dividida em relação a escolha da área a ser estudada, porém como eu havia acabado de cursar a disciplina de Máquinas Térmicas na PUC-Rio, e havia demonstrado um considerável interesse por motores de combustão interna, resolvi puxar matérias do curso automotivo. Desta forma, junto de minha orientadora de curso, Dr. Rockliff, montei minha grade, conseguindo conciliar matérias de segundo e terceiro ano do curso lá o curso para bacharel possui três anos enquanto o Master possui quatro. Dentre as matérias que escolhi cursar, algumas duravam um semestre e outras o ano inteiro. A metodologia de ensino usada na Inglaterra é um pouco diferente da brasileira, sendo as aulas ministradas em salas maiores, durante 2 horas geralmente e com uma pausa de 15 minutos durante. O método de avaliação se dava com uma prova ao final de cada semestre, geralmente valendo 80% da nota, e durante o período os chamados courseworks que se davam como tarefas entregues em relatórios. Lá os relatórios são algo frequente e de grande exigência, assim como o estudo individual de cada aluno.
A matéria que durava o ano inteiro, chamada de Design Project, foi de longe um dos maiores desafios que enfrentei durante este período. Ela era dividida em algumas etapas, primeiramente, eram dadas aulas teóricas sobre técnicas de se organizar projetos em empresas, funções e características de cada integrante de uma equipe, e posteriormente, a turma se dividiu em grupos de 7 pessoas, para que o projeto desejado pudesse ser realizado pelos próprios alunos, com orientação de dois professores. O projeto consistia na produção de um carro de corrida de controle remoto (Fig1), sendo esta produção limitada a um orçamento disponibilizado pela própria universidade e horas na oficina mecânica da mesma. Para isso, os 7 integrantes do grupo discutiram e se atribuíram tarefas diferentes, de forma que o projeto fosse administrado da forma mais organizada possível. Diversas tarefas me foram atribuídas ao longo desse ano, desde a escolha do mecanismo de freio do veículo até a realização de um relatório para todos os testes feitos no veículo depois de pronto. Este projeto me acrescentou muitos conhecimentos técnicos e científicos, mas além disso e não menos importante me ensinou a importância do trabalho em grupo para que tudo flua da melhor maneira possível. Pesquisa de Verão: Fig1: Resultado do projeto Após o término dos dois semestres de estudo, o CNPq exigia que se fosse feito ou um estágio ou uma pesquisa durante o verão. Algumas propostas de pesquisa feitas por professores da área nos foram apresentadas, de forma que pudéssemos escolher a que nos fosse de maior interesse. Desta forma, optei por uma pesquisa na área de energia, supervisionada pelo meu antigo orientador de projeto o do carro. Desta forma, decidimos por fazer uma comparação do ciclo energético entre carros a gasolina e carros movidos a células de hidrogênio. Foram 5 semanas de pesquisa intensa, na qual pude trocar conhecimentos com o meu orientador, e absorver um pouco de sua enorme experiência. (Pôster anexado no relatório
Observações Apesar de ser um país com um clima muito distinto do presente no Brasil, foi fácil me acostumar aos frequentes dias nublados e chuvosos eles trazem um ar de introspecção bem favorável para a produção acadêmica e claro, para novas receitas na cozinha. Outra coisa muito interessante de vivenciar de perto foi a importância que os ingleses dão à tradição, como por exemplo em datas como 5 de novembro (enforcamento de Guy Fawkes, o católico participante ativo da Conspiração da Pólvora) ou visitas da Rainha Elizabeth II ela visitou a inauguração do centro de pesquisa veterinária da Universidade e o clima no dia foi de festa. Visita da Rainha Lago da Universidade
Energy-cycle and Performance of a Hydrogen Vehicle Student: Leticia Vidal Ozorio Supervisor: D. Birch University of Surrey Introduction 38% of energy consumption in the UK was in the transport section 1. Oil products represent more than 96% of transportation fuels 2. Therefore, dwindling oil supplies and concern over climate change caused by combustionengine emissions have sparked a new debate over alternative energy investment 3. Foreign oil dependency in some countries awakened the possibility of a Hydrogen economy. Hydrogen accounts for perhaps 90% of the number of atoms in the universe 4. Hydrogen is a likely energy storage medium for use in transportation, and also for generating electricity through the use of fuel cells 5. The energy in 2.2 pounds (1kg) of hydrogen gas contains about the same as the energy in 1 gallon (6.2 pounds, 2.8kg) of gasoline 5. However, the density of Hydrogen, both in gaseous and liquid form, has very low value compared with all other gaseous or liquid fuels 6. Therefore, these two contradictory characteristics involving its energy content and density result in a big concern and challenge in terms of fuel storage and supply for vehicles. This current study aims to: (1) analyse and compare the energy cycle in a hydrogen fuel cell vehicle (FCEV) with a gasoline internal combustion vehicle (ICE). (2) assess the feasibility of this possible future substitution. 140 Focus Energy (MJ) Approach In order to analyse and compare the energy cycle for FCEVs and ICE vehicles, assumptions for their models, fuel production and storage were made. Key question: How much energy is needed to feed a full tank and how much energy of this tank is transmitted to the wheels of the vehicle? Application of ideal gases The mass of H 2 stored in a container under 70 bar was achieved ELECTROLYSIS WHEELS H2 DISTRIBUTION VIA PIPELINE DRIVETRAIN (inverter, electric motor; transmission) Figure 2: Hydrogen cycle for a fuel cell vehicle Preliminary Results H2 TANK COMPRESSION H 2 FUEL CELL Lower heating value of H 2 Energy stored in the tank Efficiency of each process involved Energy cycle outlined 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 Energy density (MJ/kg) 120 100 80 60 40 Electrolysis Input Pipelines Low pressure tank High pressure tank - fuel cell Inverter AC EM Transmission Wheels Nearly 26% of the required energy input to the electrolysis is transmitted to the wheels of a vehicle by a full tank of compressed H 2. 20 Current Work 0 Gasoline Low Sulfur Diesel Methanol Ethanol Butanol Propane Biodiesel LNG LH2 Natural Gas Gaseous H2 Figure 1: Comparison of the energy density of diferent fuels The same approach will be applied to a gasoline ICE vehicle and weight estimation for both vehicles will provide an analysis of their performance. With these further steps it will be possible to assess if FCEVs are indeed a promising substitution in the future.