Allora Guizzo, benché non mi piaccia iniziare un discorso senz'aver concluso quello di prima, farò un'eccezione.
Mi piacerebbe prima arrivare ad una conclusione sugli organi in movimento e i carter che li contengono, alternatore incluso e poi passare a discutere dell'altro, ma non voglio essere più accusato come quello che dice di trovare articoli e poi non li condivide per presunto egoismo, spirito contrario al forum
Dimostrerò che non è così, per tacciare quel moderatore, che per natura dovrebbe moderare, invece ama solo istigare
Non mi è mai piaciuto citare prodotti commerciali sui forum, ne fare pubblicità, ma coi scambiatori di questa marca quando lavoravo in ENI ci siamo trovati bene
Sono un'azienda americana, ma con partner italiani
Producono sia i ceramici, capaci di lavorare fino a quasi 1400°C che altri in leghe di metallo speciali che raggiungono senza problemi i 900°C (temperatura a cui li facevamo lavorare), per la nostra applicazione forse quelli metallici sono sufficiente, comprare i ceramici non serve.
Esistono anche altre aziende, ma non ho mai provato i loro prodotti.
Per il rigeneratore che recupera il calore dai gas esausti della turbina, penso ad uno comunissmo scambiatore a piastre saldoabrasato in Inox, GEA è un'azienda grande e seria e ne produce di vario tipo,ma anche altre fanno prodotti validi, basta cercare
-BRUCIATORE-
Per i bruciatori il discorso è più complesso perché dipende essenzialmente da cosa vuoi bruciare, cippato, ciocchi di legna, sfalci d'erba, letame essiccato? solo dopo aver risposto a questa domanda puoi scegliere l'unità di combustione più opportuna
-TURBINE-
Come dicevo vorrei prima finire il discorso delle turbine, tutt'altro che concluso, anzi ora si entra nel vivo per la scelta della turbina di potenza.
Secondo te è impossibile far girare una turbina ad un numero di giri che è 1/8 di quello nominale, impossibile non è Guizzo, ma rischiamo di andare in contro a rendimenti bassi
sempre citando il testo Macchine Termiche di Cornetti pag 477
Il turboespansore nelle turbine a gas è di solito una turbina assiale a reazione; questa è stata al prima ad essere sviluppata per il suo rendimento più alto, uno degli svantaggi della turbina assiale è la caduta del rendimento quando ci si allontana dalle condizioni di progetto (quai condizioni però? numero di giri? portata? non dice niente...) Negli impianti di potenza modesta può anche essere utilizzata una turbina radiale centripeta. Il grande vantaggio della turbina centripeta è la possibilità di mantenere rendimenti elevati anche quando è ridotta a dimensioni estremamente modeste ed in condizioni di funzionamento lontane da quelle di progetto; da qui il suo impiego privilegiato nel campo della trazione stradale e ferroviaria
Ciò mi fa dedurre che se dovessi scegliere tra una turbina assiale progettata per lavorare a 20000 rpm ed una radiale sempre progettata per lavorare a 20000 rpm, dovendomi trovare nella situazione di farle lavorare a 3000 per collegarci un alternatore standard sceglierei la RADIALE da quello che dice Cornetti
Questo però è un sentiero, oscuro, preferisco prima consultare guide per la progettazione di un turboespansore e poi guardare sul mercato cosa trovo da accoppiarci
Ultimamente Guizzo, sto riprendendo una vecchia idea, ovvero quella degli ingranaggi di riduzione
Se il costo degli alternatori da 3000 rpm è davvero basso si può pensare allora di prendere una turbina che lavori a 25000-40000 rpm e poi con una serie d'ingranaggi portare il numero di giri a 3000
Cosa ne pensi?
una turbina come la NR 20/S può operare con portate di circa 1-2 m^3/s (dipende dal beta) e poi accoppiandoci ingranaggi potrei avere l'albero dell'alternatore a 3000 rpm
Devo ancora fare i calcoli, ma temo che una turbina che ruoti a 3000 rpm e tratti 1 m^3/s ,come proponi, sia troppo grande e quindi troppo costosa
Qui vi allego due paginette del Cornetti
Nella prima vedete come varia la potenza utile a parità di T max del ciclo per un free-shaft, come si vede, anche a basso numero di giri, il rendimento resta alto, per cui fa ben sperare, anche usando una turbina progettata per lavorare a 25000 rpm si può lavorare a 3000 rpm e avere ottimi rendimenti, ma resta il problema di dover acquistare una turbina molto grossa
mentre nella seconda vedete un applicazione di un turbogruppo frre-shaft, la turbina di potenza fornisce lavoro aggiuntivo all'albero motore di un motore Caterpillar
La turbina di potenza è assiale, quindi anche con un assiale i pò lavorare ai carichi parziali, i gas che tratterà provenendo da un motore a combustione interna avranno valori di portate e temperature diverse
riguardo la turbina di potenza ho utilizzato un termine improprio ho definito "impossibile" una applicazione che in realtà potrebbe anche funzionare,ma ti dovresti accontentare di un rendimento di un'ordine di grandezza inferiore
una macchina con una u 25/30m\sec è più vicino ad una turbina eolica che ad una tubina a gas :-) anzi pure di meno infatti alcune turbine eoliche hanno un lambda 7 e una velocità periferica di 70m\sec
In effetti la scelta di acquistare una turbina a gas e farla girare a 3000 rpm è quantomeno uno spreco di materiale.
Uno dei grossi vantaggi delle turbine a gas è di poter operare a svariate decine di migliaia di giri, progettandone una per lavorare a 3000 rpm si avrebbe come risultato una turbina molto grossa e quindi costosa.
La strada più opportuna è quella di usare un riduttore
1) Che tu sappia esistono turbine a gas di piccola taglia che lavorano a 3000 rpm? (che io sappia ce ne sono solo di grossa taglia)
2) Ingersoll Rand nel suo ultimo modello da 250 kW, ha abbandonato il freeshaft (vedi documento http://fileserver.ingersollrand.com/..._100901_SI.pdf) ma ha mantenuto il sistema di riduzione, pensi che adotti un alternatore da 3000?
3) Mi stavo informando sui materiali, sai di che materiali sono fatte le turbine a gas per auto di ultima generazione? pensi usino materiali diversi da Turbec, Capstone, IR? avevo parlato con un commerciale Garrett e mi diceva che certificano il funzionamento fino a 650°C, volendo vendono anche versioni in Inconel (non so quale Inconel, ma penso il 625, in effetti in questo sito vendo una Garrett in Inconel, GT35 HI-PERFORMANCES) garantite fino a 900°C
4) riguardo il programmino, Guizzo, non volevo sminuire nessuno, l'ho chiamato così, perché credo non faccia altro che dei semplici calcoli termodinamici come quelli che ho postato, se non è così che tipo di calcoli fa?
A chi vuole una tesi abbastanza interessante, ho trovato questa tesi di dottorato dell'università di Napoli, sull'argomento
sono sono appena rientrato dall'Egitto, riguardo alla turbina che possa girare a 3000 giri o anche 6000 ci sarebbe un'altra possibilità, (anziche di costruirla ad hoc) si potrebbe pensare di utilizzare un turbogruppo progettato per lavorare a "basse" velocità e alimentarlo parzialmente, ma il problema rimane però sul costo di un'oggetto del genere che non peserebbe meno di un migliaio di chili
i relatori della tesi di dottorato sono miei amici, a loro potrai rivolgerti tranquillamente se volessi farti dimensionare una turbina ad hoc
In 10 anni la Ingersoll Randanni è passata dalla versione freeshaft alla versione con alternatore sull'albero, è ovvio che sta facendo progressi lavoreranno centinaia di persone in ricerca
Tornando con i piedi per terra e per divertirci costruisciti una turbina "gas generatrice" che funzioni bene e poi pensi di tirare fuori la potenza
Per l'inconel non ci sarebbero problemi di alcun tipo per la reperibilità, potresti avere qualche problema a trovare un'azienda disponibile che possa fresarlo a 5 assi
Salve,mi ero interessato un paio d'anni fa all'EFGT,ho notato che ultimamente varie ditte che si sono messe a commercializzare tali sitemi,sapete indicare il costo?
Un tempo era solo oggetto di studio e di test da laboratorio!
Mi era apparso che l'unico problema sorto nei test era lo scambiatore primario aria/aria che aveva limiti di 900°,e doveva essere molto grande ed efficiente per minimizzare le perdite di carico,farlo in AISI 310 é un suicidio economico!
Si attendeva scambiatori a tecnologia ceramica,per diminuire drasticamente i costi e aumentare la temperatura a 1200/1300 e di conseguenza l'efficienza!
Mi chiedo cosa usereste per scambiare calore in camera di combustione?
Ciao
Le mappe delle turbomacchine vengono diagrammate con valori "adimensionalizzati" rispetto alla Temperatura ambiente 20° C e pressione atmosferica 1013 millibar , portata corretta, numero di giri corretto, questo tipo di rappresentazione ci permette di conoscere il comportamento della turbomacchina al variare delle condizioni di ingresso, ovvero pressione e temperatura.
Esempio banale se il compressore lo metti a lavorare - 20°C avrà un funzionamento diverso e quindi se utilizzi la formula in allegato
potrai estrarti la portata vera e non quella corretta o ridotta
Esempio pratico :
When plotting actual airflow data on a compressor map, the flow must be corrected to account for different atmospheric conditions that affect air density.
Example:
Air Temperature (Air Temp) - 60°F
Barometric Pressure (Baro) - 14.7 psi
Engine air consumption (Actual Flow) = 50 lb/min
Corrected Flow= Actual Flow SQR([Air Temp+460]/545)/ Baro/13.95
Corrected Flow= 50*SQR([60+460]/545)/ (14.7/13.95) = 46.3 lb/min
Guizzo stavo cercando di calcolare la portata corretta in entrata alla turbina sia quella accoppiata al compressore che quella accoppiata all'alternatore come nello schema da te proposto
I calcoli da fare sono gli stessi qui sopra o cambiano?
Ho scelto di usare Beta=4 per alzare il rendimento termodinamico, i valori di uscita sono calcolati sapendo che la potenza assorbita dal compressore è uguale a quella erogata dalla prima turbina
E' giusto il calcolo? non ho capito se nei rispettivi denominatori ci va comunque la temperature e la pressione ambiente o in questo caso (analizzando le turbine)i valori di T e P all'uscita della turbina
92 lb/min è un valore troppo grande per la GTX4508 che avevo scelto
Three main corporations compete in the aircraft APU market: Goodrich Corporation, United Technologies Corporation (through its subsidiaries Pratt & Whitney Canada and Hamilton Sundstrand), and Honeywell International Inc.
Salve,anni fa c'erano delle vecchie ma affidabili Solar su Ebay,ora si trova ancora qualcosina ma non su ebay,il mio progetto era di farne andare una a syngas di cippato,ma andava compresso o miscelato in aspirazione,creando non pochi problemi di sicurezza.
Ciao
le APU (Auxiliary power unit) si trovano su tutti gli aerei di grosse dimensioni, in pratica sono un gruppo elettrogeno che permette di alimentare l'impianto elettrico dell'aereo indipendente dai motori dedicati alla propulsione,ce ne sono di tutte le dimensioni.
il bello è che hanno tutto integrato generatore compreso, peccato però che sono alimentate a kerosene, e non hanno la combustione esterna !!
la Kawasaki negli anni ottanta ha costruito dei gruppi elettrogeni terrestri a turbina a gas alimentati a gasolio da 500 Kw conposti da due turbine da 250Kw, io ne posseggo una coppia, le rilevai da un demolitore perche erano state dismesse, quasi quasi gli modifico la camera di combustione per farli diventare un EFGT !!
La seconda su Ebay é una APU senza gruppo idraulico e generatrice,oramai le apu non producono più solo energia elettrica,ma anche pressione idraulica d'emergenza,hanno un sistema meccanico di distribuzione,una parte va all'alternatore a Hz una alla dinamo in DC e una alla pompa idraulica ! La solar faceva un gruppo da 60 kw carellato con accensione a manovella!!
Cmq le apu si usano anche su navi,treni,carri armati
la apu che indichi tu è molto bella, free shaft con albero lento a ~ 3000 rpm, ma purtroppo però ha la camera di cobusione anulare tutta integrata alla macchina stessa sarebbe un lavoraccio convertirla, per fare la conversione si dovrebbe trovarne una tipo Allison 250 cv che hanno il compressore con la chiocciola e poi un tubo che porta l'aria compressa in camera di combustione, è li che si potrebbe fare il bypass furbo per convertirla in EFGT
la Allison sarebbe perfetta,ma che lecca di scambiatore ci vorrebbe? da alcuni PDF recuperati in rete,ho capito che a 1300° si avrebbe un rendimento elevato/accettabile,a temperature di 1200° si arriva al pelo con acciai refrattari,che sono costosissimi,per di più lo scambiatore primario dovrebbe essere enorme per diminuire al massimo le perdite di carico,ho visto un filmato di una ditta che ne ha costruito uno compreso di caldaia,sembrano appunto turbine da trazione accoppiate ad alternatori con pulegge e cinghie dentate!
Ciao
da alcuni PDF recuperati in rete,ho capito che a 1300° si avrebbe un rendimento elevato/accettabile,a temperature di 1200° si arriva al pelo con acciai refrattari,che sono costosissimi,
Potresti fornirci il link di questi articoli in PDF?
ho visto un filmato di una ditta che ne ha costruito uno compreso di caldaia,sembrano appunto turbine da trazione accoppiate ad alternatori con pulegge e cinghie dentate!
Ciao
Ciao,non ricordo,era un filmato di una caldaia completa,se non erro si vedevano piu di una turbina,2 di potenza accoppiate con cinghie ad alternatori ... (non come le T100 ad inverter!)
Penso che anche lo scambiatore di calore ad caltissima temperatura,aria/gas combusti non sia uno scherzo!
Anche magari semplificato,ma dovrà essere enorme,per aumentare l'efficienza,se inserito in una camera di combustione in refrattario a tunnel/voltino,tipo adiabatica/irraggiamento,sarebbe comada e facile da costruire,oltre che robusta ed economica,rimane il costo dell'acciaio,ad esempio ho trovato una ditta '+' ma dovranno essere molto piu lunghi i tubi come circuito,per recuperare ed innalzare di più la temperatura e di diametro elevato per diminuire le perdite di carico lato aria calda !
non mi pare una cosa tanto economica e facile.
Ciao
Mauro, non solo le APU sono tutte in "serie" ma anche tutte le altre turbine sia turboprop che turbofan il "parallelo" che vorresti fare tu si fa in genere con impianti a vapore infatti dalla turbina principale si spilla vapore per alimentare altri servizi dell'impianto.
Buran, sono pienamente daccordo con te che lo scambiatore è un'oggetto non banale da costruire pure perche di dimensioni enormi, lo immagino grande come un garage di un'autovettura.
Quindi la vera svolta sarebbe non averlo sto scambiatore\bruciatore...!!
Come faccio a non averlo?
Costruire ad hoc una camera di combustione per bruciare letame, questa è la mia idea
Ciao,lo scambiatore serve per separare il ciclo,altrimenti non sarebbe externally fired gas turbine (EFGT) se vuoi costruire una turbo jet con alternatore tipo APU non ti serve a nulla separare gli stadi,ma bisogna costruire un bruciatore ad ok per gas povero,bruciando espanderebbe in turbina.(in tal caso é diretta e non esterna)
Il problema é comprimere il combustibile per alimentare il bruciatore alla pressione di funzionamento della turbina,con letame conviene fare biogas e usarlo,i motori a ciclo 8 sono piu efficienti ma durano meno,bruciare direttamente letame come in caldaia ecc crea enormi problemi anche di carattere ambientale/legislativo ed ha una scarsa resa.
Anni fa ho preso un turbo automobilistico,e seguendo foto e descrizioni di uno dei tanti siti che parla di jet turbocharger ne ho costruito uno,la cosa si é fermata li,non sono andato oltre.
é solo un test,ovvio che un uso continuativo pregiudicherebbe il funzionamento,Guardate il filmato e anche i Projects ce ne sono altre piu evolute ...
... NT6
Anni fa ho preso un turbo automobilistico,e seguendo foto e descrizioni di uno dei tanti siti che parla di jet turbocharger ne ho costruito uno,la cosa si é fermata li,non sono andato oltre.
anche io ho fatto la tua stessa cosa pratimamente è rimasta li perche:
si doveva alimentare a Metano
era solo un turbogetto
quindi non sono mai riuscito a "tirare" fuori la potenza
é solo un test,ovvio che un uso continuativo pregiudicherebbe il funzionamento,Guardate il filmato e anche i Projects ce ne sono altre piu evolute ...
... NT6
la NT6 è molto divertente ma rimane solo un gioco
il problema per immettere letame all'interno di una camera di combustione che sta a circa 3 Bar non è certo banale ma si potrebbero fare degli esperimenti
ho in programma di costruire un prototipo di camera di combustione ma ho pochissimo tempo libero
non sono un chimico ma qualcuno che legge potrebbe indiciarci approssimativamete che reazione farebbe l'ammoniaca della "pipì" delle mucche ai metalli della camera di combustione ? considerando che all'interno si possono raggiungere 1100°C
I composti ammoniacali presenti nelle deiezioni animali possono trasformarsi in azoto molecolare (N2 preferibile) e/o nei temutissimi NOx.
Bisogna trovare le condizioni per che l'azoto contenuto si trasformi il più possibile in azoto molecolare, per fare questo bisogna progettare un combustore che lavori a non più di 900-950°C, permettere elevati valori di turbolenza ed evitare zone con picchi di temperatura come accade invece nei forni a griglia.
La soluzione più adatta come ti dicevo Guizzo è il combustore a letto fluido, ma perché funzioni bene il letame dev'essere essiccato (>90% più secco è meglio è) e di piccola pezzatura (come il cippato o il pellet di legno)
capisco che possa essere molto piu vantaggioso avere del letame secco fino al 90% ma le mie condizioni di lavoro non mi permettono questo pertanto dovrei immettere il letame ancora umido in camera di combustione, avendo un vantaggio e uno svantaggio
il vantaggio è che immettento acqua allo stato liquido all'interno della camera di combustione diventerebbe vapore con un conseguente aumento della portata volumetrica ( forse si aumenta anche il rendimento )
lo svantaggio non si potranno raggiungere alte temperature
La NT6 è un gioco perche non puoi immettere il combustibile in continuo vedi bene il filmato all'inizio è tutto aperto poi avvia la combustione con un cannello ed è un turbogetto, a noi serve un turboprop
Cmq non mi sembra una furbata,forse letame secchissimo,ma io farei biogas e gruppo elettrogeno,avresti sempre piu efficienza della turbinetta...
I jet turbocharger sono alimentati a GPL solo per praticità,adeguando il combustore/bruciatore la puoi alimentre con quello che vuoi,tranne fare come la NT6 che a lungo andare si distruggerebbe per via dei fumi pieni di polveri TAR/CAR ecc,in quel modo non é fattibile per lunghi periodi,ecco perché esiste l'EFGT!!!
ho visto un impianto da 70 kw in parallelo alimentatao da letame in fermentazione,il calore prodotto dal cogeneratore scaldava in parte la casa del proprietario e in parte il letame da fermentare assieme al sole.
Qui si fantastica un pochino,passando da cicli EFGT a turbine alimentate da gas combusti da letame,a mio parere bruciando letame (cosa non facile) puoi solo fare acqua calda o al massimo un ciclo ORC con scambio olio diatermico/R245fa.
Alla fine l'EFGT sarebbe piu facile,efficiente e funzionale,una fornace in refrattario e uno scambiatore in acciaio refrattario,ma non tanto efficiente come il biogas e cogeneratore.
Ciao
capisco che possa essere molto più vantaggioso avere del letame secco fino al 90% ma le mie condizioni di lavoro non mi permettono questo pertanto dovrei immettere il letame ancora umido in camera di combustione, avendo un vantaggio e uno svantaggio
il vantaggio è che immettento acqua allo stato liquido all'interno della camera di combustione diventerebbe vapore con un conseguente aumento della portata volumetrica ( forse si aumenta anche il rendimento )
lo svantaggio non si potranno raggiungere alte temperature
Usare letame umido (conosci la percentuale di umidità?) non porta alcun vantaggio Guizzo, l'acqua durante la combustione assorbe calore per evaporare diminuendo la temperatura
Qualche vantaggio in verita c'è, diminuendo la temperatura di combustione diminuisce la quantità di NOx rispetto al letame secco,in più l'acqua a quelle temperature reagisce coi composti carboniosi per produrre un gas di sintesi (avviene sia la combustione che una specie di reforming) gas che da una combustione più pulita.
Se vuoi aumentare la portata volumetrica è sufficiente operare con un maggior eccesso d'aria, non serve avere letame umido.
Nel tuo progetto Guizzo ti consiglio di aggiungere un'unità di essiccazione del letame che sfrutta l'ultimo salto termico dei fumi (una T di 180°C è sufficiente), usare letame troppo umido comporta troppi svantaggi
Cmq non mi sembra una furbata,forse letame secchissimo,ma io farei biogas e gruppo elettrogeno,avresti sempre piu efficienza della turbinetta...
ho visto un impianto da 70 kw in parallelo alimentato da letame in fermentazione,il calore prodotto dal cogeneratore scaldava in parte la casa del proprietario e in parte il letame da fermentare assieme al sole.
Qui si fantastica un pochino,passando da cicli EFGT a turbine alimentate da gas combusti da letame,a mio parere bruciando letame (cosa non facile) puoi solo fare acqua calda o al massimo un ciclo ORC con scambio olio diatermico/R245fa.
Alla fine l'EFGT sarebbe piu facile,efficiente e funzionale,una fornace in refrattario e uno scambiatore in acciaio refrattario,ma non tanto efficiente come il biogas e cogeneratore.
Ciao
Buran,
Sei sicuro coll'impianto a biogas di avere efficienze superiori? io ne dubito
La cosa miglior forse è avere il biogas e poi bruciare il digestato rimanente (anche il digestato ha un buon PCI), ma a quel punto i cosi d'investimento salirebbero di molto ed anche il periodo di ammortamento
Espandere i gas caldi provenienti dal letame in turbina non è una fantasticheria, sicuramente è difficile, ma Guizzo fa bene ad osare perché filtrando i gas la cosa può essere possibile
Non ho capito cosa faceva l'impianto da 70 kW che hai visto,
faceva il biogas partendo da deiezioni solide e liquide, e poi col calore residuo scaldava la casa ed il letame da fermentare assieme al sole ?
Gli ORC li lascerei perdere, quelli sul mercato sono troppo cari;
Hai ragione quando dici che l'EFGT rimane la soluzione più affidabile, ma lo scambiatore ad alta T rimane un problema non indifferente, Uno scambiatore gas-gas da 300 kWt in acciaio speciale, che lavora a 900°C e con salti di T così piccoli costa sicuramente diverse decine di migliaia di Euro
Ciao,intendevo dire che un impianto con motore endotermico (alimentato a Biogas ha piu efficienza di uno a turbina a combustione(alimentata a biogas)
Si esattamente come ho scritto,l'impianto andava a letame e scarti agricoli,(così mi é stato detto,mica andavo a vedere!)finiva tutto in un enorme cisterna in cemento a rmato,il gas prodotto alimentava un gruppo cogeneratore a ciclo otto.
Le fantasticherie erano intese,che si parte con una cosa e si finisce con un altra,e poi un altra ancora,la vedo dura una caldaia a camera di combustione pressurizzata,con tutte le problematiche del caso,come la filtrazione e pulizzia dei gas combusti ad alta pressione e il caricamento,ed estrazione ecc ecc
Per mé le uniche soluzioni sono una fornace con EFGT o Biogas,gli impianti a biogas oramai sono affermati da anni,l'EFGT sta iniziando...
Non si puo pretendere di fare o progettare un impianto di cogenerazione che sia,senza investire almeno 150.000€ mica pensate di saldare quattro pezzi di ferro ad una turbina presa da uno sfascia carrozze ! senza contare la parte elettrica gestionale...
Se vuoi un giorno faremo i calcoli assieme Buran, ma dubito, come dici che partendo da letame bovino si abbiano efficienze maggiori con fermentazione anaerobica + motori endotermico ciclo Otto piuttosto che con combustione + ciclo a gas Joule-Bryton
su NT c'è anche questo, il t98 che nella sua ultima versione sembrerebbe proprio un EFGT con doppia turbina, la prima generatrice muove solo il compressore, mentre la seconda è accoppiata tramite riduttore ad un alternatore
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