Discussione: Turbina a gas AUTOMOTIVE per generare en elettrica

Ciao,

Una cosa che mi ha sempre colpito del mercato delle turbine di piccola taglia è il prezzo cui vengono vendute.

Non mi piace fare nomi, ma chi lavora nel settore, sa che i modelli presenti sul mercato da 50 o 100 KW elettrici hanno prezzi molto elevati.
Se qualcuno invece pensasse di usare le più diffuse e molto più economiche turbine a gas usate nell'automotive, ad esempio quelle per i camion oppure quelle per i motori navali, pensate si possano accoppiare ad un generatore e produrre energia elettrica con buoni rendimenti?

Ad esempio, se ho della biomassa da bruciare che produce circa 300 KW th, con una turbina per camion della MAN o della Garett riuscirei poi a produrre circa 100 KW elettrici (rendimento circa 30%) con un ciclo Bryton a combustione esterna?

Questo signore si è costruite un jet engine, usando una turbina automotive

TURBOCHARGER GAS TURBINE - Page 1

Si eviterebbe così di acquistare costosissime turbine specifiche

Esistono posti dove si può provare al banco la potenza meccanica generata da una di queste turbine? (ricordo che lavorano almeno a 100.000 rpm)

mai sentito di camion a turbina, a parte prototipi o cose del genere
turbine navali dubito che costino poco
cmq se vuoi una risposta secca, è no

ciao

provarle al banco è l'ultimo dei problemi....prima bisogna farle....
ci sono parecchi video su come si possono realizzare turbine che girano
e spingono per reazione, accoppiare un generatore che funzioni a quei giri diciamo che è uno dei grossi problemi, si può evitare di accoppiarlo meccanicamente utilizzando una seconda turbina (solo lo stadio caldo )
calettata su un' alternatore...per esempio.

Originariamente inviata da primus71

mai sentito di camion a turbina, a parte prototipi o cose del genere
turbine navali dubito che costino poco
cmq se vuoi una risposta secca, è no
ciao

Primus,
Mi sembrava abbastanza chiaro che parlassi delle turbine usate per sovralimentare i motori diesel dei camion, stesso discorso per i motori navali, parlo di quelle turbine, so che i camion non vengono trainati da turbine

Originariamente inviata da sunny life

provarle al banco è l'ultimo dei problemi....prima bisogna farle....
ci sono parecchi video su come si possono realizzare turbine che girano
e spingono per reazione, accoppiare un generatore che funzioni a quei giri diciamo che è uno dei grossi problemi, si può evitare di accoppiarlo meccanicamente utilizzando una seconda turbina (solo lo stadio caldo )
calettata su un' alternatore...per esempio.

Non vanno fatte, esistono già, parlo delle turbine usate nei camion per sovralimentare i grossi motori diesel
Ci sono alternatori che lavorano ad alto regime di giri, ad esempio quello accoppiato alla Turbec lavora a 70000 rpm.
Le moderne turbine automotive arrivano anche a 200000 rpm, al massimo si può sempre ridurre con un opportuno rapporto.

quelle per i camion oppure quelle per i motori navali, pensate si possano accoppiare ad un generatore e produrre energia elettrica con buoni rendimenti?

Ci sono parecchi progetti di turboshaft "artigianali", alcuni veramente di buona fattura. Purtroppo, i rendimenti (e soprattutto l'affidabilità) lasciano a desiderare. Per sistemi che hanno una resa decente, ci sono turbogas progettate ad hoc.

Livingreen,

Hai centrato il punto

Di prodotti ad hoc come li chiami, ovvero ingegnerizzati ed industrializzati ce n'è qualcuno, ovvero

Turbec T100
Capstone serie C
Solar
Hallison
e qualche altro marchio

Offrono soluzioni "chiavi in mano", ma a che prezzo macchine da qualche decina di KW fino a 100KW vendute a diverse centinaia di miglia di Euro, e si tratta solamnete di un turbocompressore con compressore centrifugo, turbina radiale, combustore, recuperatore termico ed alternatore veloce

Se prendi tutti questi pezzi e li metti assieme non spendi più di 25, 30 mila euro, ed è per questo che la maggiorparte delle aziende sceglie motori alternativi quando ha gas da bruciare (per quelle taglie).

Diverso è il discorso quando si ha combustibile "sporco" e quindi si deve ricorrere ad una caldaia, la domanda è

Bruciando biomassa, con che rendimento riuscirei a convertire in energia elettrica usando una turbina da camion con uno scambiatore che preleva calore dai fumi e collegata ad un alternatore veloce?

una macchina come questa, la MAN la si può comprare con pochi soldi

http://www.mandieselturbo.com/engine....asp?model=TCA

Farei tutto rispettando i limiti della turbina e facendola lavoro nel campo di massimo rendimento.

In questa guida, potete leggere alcune cose interessanti, tra cui la formula per calcolare l'efficienza dello stadio di espansione,mentre quello di compressione è diagrammato, ma se la T massimo di lavoro è sui 700°C,penso che grandi efficienze non si riescano ad ottenere

http://www.mandieselturbo.com/tcbroc...ct%20Guide.pdf

Originariamente inviata da Mauro1980

una macchina come questa, la MAN la si può comprare con pochi soldi

MAN DIESEL SE - MARINE

il problema secondo me consta anche nel fatto che MAN non te la vende e basta. Se tu glielo chiedi loro ti domandano n di serie del motore etc... in poke parole sono pezzi di ricambi che (credo) vendono solo ai loro motori venduti.

Per quanto riguarda il rendimento elettrico con configurazione in combustione esterna (caldaia) per potenze intorno ai 30 kWe... direi che sarai sui 15%... quindi ti serve poi una caldaia da 200 kWt resi allo scambiatore ( e di conseguenza tutta la biomassa per farla funzionare).

La cosa che mi cruccia di + è l'alternatore... lo hai mai visto da 30 kWe a quel numero di giri? io da profano non mi sono mai nemmeno cimentato a cercarlo... ma credo non sia così semplice, tu percaso ne hai trovati?

a presto

Ciao Solar,

Se vuoi comprare delle turbine, siano essere per i motori di un camion, di una nave o di un auto te le vendono senza problemi, è sufficiente rivolgersi ai rivenditori e/o rigeneratori presenti sul territorio (verificato di persona).

Sul rendimento benché dati precisi non ne abbia, temo che tu abbia ragione.

Con una turbina che lavora al massimo a 700°C i rendimenti non sono di sicuro elevati, lontani da quel 30% che Turbec e Capstone ad esempio invece certificano sia a combustione interna che esterna.

Bisogna pur ammettere che le aziende produttrici di piccole turbine riescono ad ottenere quel rendimento grazie alla rigenerazione spinta dei gas di scarico con quelli uscenti dal compressore.

A questo punto mi chiedo, se modificassi il mio ciclo, facendolo diventare rigenerativo, potrei aumentare il rendimento a che valore?

Originariamente inviata da Mauro1980

Primus,
Mi sembrava abbastanza chiaro che parlassi delle turbine usate per sovralimentare i motori diesel dei camion,

infatti è risaputo che i turbocompressori dei camion assorbono 100-150 kW...

ciao

colgo un po di sarcasmo...

tu sai quanti kW genera all'albero la turbina? parlo di potenze a pieno regime e di quelle usate nei grossi motori

se si, dove l'hai letto?

io penso di si....in motori tra i 15-20 litri di cilindrata....

Originariamente inviata da Mauro1980

colgo un po di sarcasmo...

se un motore da 100 kW ha un turbocompressore che ne assorbe altrettanti stiamo freschi

ciao

Ovviamente Primus non parliamo di turbocompressori accoppiati a motori da 100KW,ma a quelli di ben altre taglie.

Il motore della mia auto eroga 110 kW, per un impianto che brucia biomasse non userei mai la sua turbina, ma un'altra, ad esempio quella di un grosso motore navale da 10000 cc e 300-400KW, che a quel punto avrebbe un turbocompressore che da solo potrebbe erogare anche 80KW (solitamente hanno il compressore centrifugo e la turbina assiale, più efficiente di quella radiale)

Non voglio fare pubblicità a nessun altro forum (chiedo quindi ai moderatori se è possibile citare), ma avrei trovato questa discussione di cui si parla della stessa cosa

Potenza di una turbina di sovralimentazione....

Ho cercato d'intervenire nella discussione ,ma invano, sembra che il forum sia bloccato.
Anche loro come me citano i produttori di queste microturbine (i principali, Turbec, Capstone, EPS, Honeywell), affermando tra l'altro che le turbine da loro montate derivano da quelle usate nei motori dei camion e delle navi

Vi risulta? a me sembra strano, pensavo facessero turbine specifiche a quell'applicazione anche perché Turbec certifica il funzionamento fino a 950°C

La cosa certa, è che l'elevata efficienza raggiunta (attorno al 30% quella netta) è dovuta alla presenza del rigeneratore, senza quest'ultimo l'efficienza scenderebbe al 15% forse

Dai dati che ho della Turbec, nella loro macchina, i valori di temperatura e pressione sono circa questi



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1. Generatore elettrico
2. Compressore
3. Turbina
4. Scarico turbina
5. Recuperatore
6. Scarico recuperatore
7. Caldaia a biomassa
8. Scambiatore ad alta temperatura
9. Scambiatore per cogenerazione
A. Aspirazione aria ambiente
B. Aria comburente caldaia
C. Ingresso biomassa

TEMPERATURE LATO MACCHINA

portata aria trattata = 0,8 Kg/s
T aria uscente dal compressore = 180°C
T aria uscente dal recuperatore = 580°C
T aria uscente dalla caldaia o entrante in turbina = 900°C

In questa configurazione la macchina eroga 100 kW elettrici con un'efficienza del 30% al netto degli ausiliari

da cui si deduce che senza recuperatore l'efficienza di una Turbec scenderebbe a

eta= Pel(kW)/(portata aria x Cp fumi x(900-180))= (100/(0,8 x 1,15 x 720)) = 0,15 =15%

Ne ho vista una in funzione due mesi fa, è veramente una bella macchina e funziona molto bene, la caldaia bruciava scarti di lavorazione di oli vegetali, però il prezzo è altino, 170 mila €

Questo breve calcolo ve l'ho fatto per porvi questa questione

Con una turbina per camion o per nave, capace di trattare una portata di gas uguale (cioè 0,8 Kg/s) ed un opportuno recuperatore che scalda i gas in uscita dal compressore fino a che la differenza di temperatura coi gas uscenti dalla turbina sia inferiore di 50°C (massimizzo la rigenerazione), accoppiato ad un alternatore veloce

riesco a raggiungere la stessa efficienza elettrica, ovvero il 30%?

oppure forse non è possibile perché le turbine per i camion/navi non raggiungono i 900°C?
forse con un modello ad Iconel...

Con una turbina per camion o per nave,


non la chiamerei "turbina per camion" ma turbogruppo



oppure forse non è possibile perché le turbine per i camion/navi non raggiungono i 900°C?

i turbogruppi possono raggiungere anche i 900°C

Ciao Guizzo

Turbo o turbogruppo, ci siamo capiti, probabilmente a me servirebbe solo la turbina e non il compressore

Quali modelli raggiungono i 900°C? ne conosci?

per primus71 chi parla di "100 kw" ?
"se un motore da 100 kW ha un turbocompressore che ne assorbe altrettanti stiamo freschi"

all'inizio si parlava di motori navali poi di camion....
ipotizziamo che un camion di potenza meccanica 400 kw
ne stia bruciando almeno 1000 Kwt non pensi che ne escano dai fumi 100-150 ? ovvio che solo una parte..secondo mè divanteneranno coppia motrice per il compressore......
a mio parere saranno 50 kw

mentre vorrei chiedere a Mauro perchè dici che non ti servirebbe il compressore?
con cosa la pompi l'aria fredda ?
p.s. a 900 gradi sei al limite anche con i turbo automobilistici
a 1000 fonde la turbina in pochi seecondi (provato personalmente con sonda termica a valle del compressore su un motore a benzina)

Originariamente inviata da sunny life

all'inizio si parlava di motori navali poi di camion....
ipotizziamo che un camion di potenza meccanica 400 kw
ne stia bruciando almeno 1000 Kwt non pensi che ne escano dai fumi 100-150 ? ovvio che solo una parte..secondo mè divanteneranno coppia motrice per il compressore......
a mio parere saranno 50 kw

al'inizio si parlava sia degli uni che degli altri;
dai fumi ne esce molto di più ma è tutta potenza termica, quello che fa andare il turbo compressore è l'energia di pressione data dai pistoni ai gas di scarico che escono che è molto di meno, altrimenti il turbo sarebbe più un ostacolo che un vantaggio;
dal link che ha postato mauro si vede che un motore da 12°000 cc ha una turbina da 50 kW, per una potenza di 400 kW del motore.
a me sembrano un po' tanti anche quelli ma, supponendo che sia giusto devi pensare che sarebbe la potenza a pieno regime e quindi una turbina del genere sarebbe affidabile per un servizio continuo con 20-30 kW (tanto x dare dei numeri):
per arrivare ai 100 kW di cui parlava mauro ce ne vorrebbero 3, quanto costa il turbocompressore di un 12°000?

Originariamente inviata da sunny life

mentre vorrei chiedere a Mauro perchè dici che non ti servirebbe il compressore?

perchè in questo caso no serve pompare aria, lui vorrebbe usarlo su un impianto a vapore per produrre energia elettrica

ciao

per conoscere la potenza (Teorica) in un ciclo a turbina a gas si devono conoscere i seguenti dati:

- la T3 temperatura di ingresso in turbina
- portata massica
- Beta

in un turbogruppo che funziona da sovralimentazione è impensabile poter risalire alla potenza che potrebbe generare come turbina a gas

quindi per avere la certezza della potenza che potrebbe sviluppare un turbogruppo bastasterebbe costruire una camera di combustione debitamente proporzionata ed inserirla tra il compressore e la turbina da te prescelto.
Cosi facendo anche senza un'alternatore elettrico collegato sull'asse poi convogliare i gas di scarico in un ugello da cui poi ricavarti la potenza o il lavoro utile

Riguardo alle temperature massime di ingresso in turbina puoi condiserare 900°C senza problemi.

in delle prove fatte anni fa su un turbogruppo modificato a turbina a gas arrivai anche a 1050 gradi ma la turbina diventava rosso ciliegia !!

un impiantino a vapore....? da 900gradi.....forse sarebbe meglio
ricapitolare le idee..........

La discussione sta divenendo molto interessante, cercherò ora di rispondere alle domande e di porne, soprattutto a Suny life e Guizzo che hanno esperienza in merito

Cominciamo

Originariamente inviata da sunny life

per primus71 chi parla di "100 kw" ?
all'inizio si parlava di motori navali poi di camion....
ipotizziamo che un camion di potenza meccanica 400 kw
ne stia bruciando almeno 1000 Kwt non pensi che ne escano dai fumi 100-150 ? ovvio che solo una parte..secondo mè divanteneranno coppia motrice per il compressore......
a mio parere saranno 50 kw

mentre vorrei chiedere a Mauro perchè dici che non ti servirebbe il compressore?
con cosa la pompi l'aria fredda ?
p.s. a 900 gradi sei al limite anche con i turbo automobilistici
a 1000 fonde la turbina in pochi secondi (provato personalmente con sonda termica a valle del compressore su un motore a benzina)

In effetti se prendiamo una turbina usata per motori che erogano 400 KW, come la NR 12 della MAN ( http://www.mandieselturbo.com/engine...asp?model=NR/S ), dovremmo riuscire a produrre circa 60KW.

Un motore che eroka 400 kW meccanici con un rendimento attorno al 35%, necessiterà per funzionare di circa 1100 KW termici, la differenza è quindi 700 kW, un po di questi vengono dissipato dal radiatore di raffreddamento ed il resto escono come gas esausti

Ipotizzando che i gas esausti possiedano 500 kW, se il ciclo a gas che li sfrutta avesse il 15% di rendimento dovremmo riuscire a generare circa 80 Kw elettrici

Come comprimo l'aria fredda sunny? In effetti il discorso si complica...

Nel senso che probabilmente per un impianto a biomasse collegato ad una turbina a gas (EFGT) converrebbe usare un turbogruppo ed una turbina singola

Il compressore alimenterebbe quindi due turbine in parallelo, questo perché i turbogruppi, che lavorano accoppiati ai motori, sono dimensionati solo per comprimere l'aria, se volessimo generare anche energia elettrica, avremmo bisogno forse di due turbine per i due scopi.

Sunny, sei quindi certo che posso far funzionare una turbina a 900°C per 7000 ore l'annno? ovvero ininterrottamente, MAN e Garrett mettono come limite 720°C, forse gli si può chiedere versioni speciali...

Originariamente inviata da primus71

quello che fa andare il turbo compressore è l'energia di pressione data dai pistoni ai gas di scarico che escono che è molto di meno, altrimenti il turbo sarebbe più un ostacolo che un vantaggio;
dal link che ha postato mauro si vede che un motore da 12°000 cc ha una turbina da 50 kW, per una potenza di 400 kW del motore.
a me sembrano un po' tanti anche quelli ma, supponendo che sia giusto devi pensare che sarebbe la potenza a pieno regime e quindi una turbina del genere sarebbe affidabile per un servizio continuo con 20-30 kW (tanto x dare dei numeri):
per arrivare ai 100 kW di cui parlava mauro ce ne vorrebbero 3, quanto costa il turbocompressore di un 12°000?

Primus, dal link che ho postato non c'è scritto che la turbina va bene per un motore a 12000cc, ma parla solo di potenze del motore, e non fa alcun riferimento alla potenza espressa dalla sola turbina.

Secondo me le turbine che si usano sui motori da 400 kW con un po d'impegno possono erogare 80 kW elettrici con un impianto a biomasse, bisogna però lavorare a temperature più alte e montare un recuperatore

Montare tre turbine per fare 100 kW non è il mio caso, a me interessa raggiungere un rendimento vicino al 30%, se devo montare 3 turbine per fare 100 kW ed avere un rendimento del 15%, mi servirebbero troppe biomasse.

Questi compressori, compresi di carter e tutto, son iperindustrializzati e costruiti in milioni di pezzo l'anno, costano molto meno della Turbec, Capston, EPS, ecc... per turbogruppo e carter della Garett siamo sui 10000€

Originariamente inviata da primus71

perchè in questo caso no serve pompare aria, lui vorrebbe usarlo su un impianto a vapore per produrre energia elettrica

ciao

No, nessuno ciclo a vapore, vorrei produrre energia elettrica con un ciclo a gas a combustione esterna, quello che gli anglosassoni chiamano EFGT, External fired gas turbine, quindi devo comprimere l'aria, il punto è che tutta l'aria compressa e poi riscaldata la farei espandere in due turbine distinte (una per far ruotare il compressore e l'altra per l'alternatore)

ma quest'ultima cosa è ancora da definire, dipende da che turbine trovo e da come lavorano

Originariamente inviata da guizzo

per conoscere la potenza (Teorica) in un ciclo a turbina a gas si devono conoscere i seguenti dati:

- la T3 temperatura di ingresso in turbina
- portata massica
- Beta

in un turbogruppo che funziona da sovralimentazione è impensabile poter risalire alla potenza che potrebbe generare come turbina a gas;
quindi per avere la certezza della potenza che potrebbe sviluppare un turbogruppo bastasterebbe costruire una camera di combustione debitamente proporzionata ed inserirla tra il compressore e la turbina da te prescelto.
Cosi facendo anche senza un'alternatore elettrico collegato sull'asse poi convogliare i gas di scarico in un ugello da cui poi ricavarti la potenza o il lavoro utile

Riguardo alle temperature massime di ingresso in turbina puoi condiserare 900°C senza problemi.

in delle prove fatte anni fa su un turbogruppo modificato a turbina a gas arrivai anche a 1050 gradi ma la turbina diventava rosso ciliegia !!

Ciò che scrivi Guizzo è vero, ma qui oltre ad essere lontano dal ciclo ideale, dobbiamo adeguarci a quello che il mercato offre

Che prove hai fatto per raggiungere quelle temperature? 1000°C?
MAN e Garett sui lor siti parlano di massimo 700°C, però forse hanno versioni speciali

Pensi davvero che possa lavorare a 900°C senza problemi?

Un'ultima domanda, dicevi che per sapere la potenza dal turbogruppo collegandoci un impianto che brucia biomasse (o un combustore a gas), potrei evitare di collegarci un generatore elettrico in prima istanza, ma convogliare i gas in un ugello, cosa dovrei misurare? la differenza di velocità?

Esistono altrimenti banchi prova per misurare la potenza di una turbina a gas?
quelli per i motori alternativi non vanno bene, perché resistono al massimo a 16000 rpm,mentre le turbine vanno ben oltre

a mè sembra che le tue aspettative siano un po troppo pretenziose
sopratutto quella di voler realizzare il tuo primo impianto facendolo costare meno di chi lo costruisce già in serie..........e che renda il 30 % per 7000 ore anno manca solo che mi dici con vita utile di 10
anni ..........comunque sognare non costa niente............
diciamo che su questo forum siamo in molti
io direi che possiamo valutare una cosa alla volta.
disponidilità economica, esagerando alcune decine di migliaia di euro...penso che si possa arrivare a fare un prototipo con
rendimenti di 10-20 % con intervalli di manutenzione di 500-1000 ore
con costi di.........? ( qualche miliaio di euro ) tu partiresti con questi presupposti?

Sunny,

Non penso di essere pretenzioso, ma solamente vorrei evitare di spendere 200000€ per un macchina, che funziona bene, ma secondo me, non li vale

Dato che il mercato propone già articoli simili, costruiti su scale molto più larghe (Garett e MAN fanno milioni di turbine l'anno, gli altri qualche centinaia l'anno) è sufficiente, armarsi di buona volontà e trovare sul mercato componenti industrializzati (usati in ambiti un po diversi) e metterli insieme, in tal modo ti assicuro che si risparmia molto rispetto a chi vende soluzioni chiavi in mano a PREZZI SPROPOSITATI

Originariamente inviata da Mauro1980

Primus, dal link che ho postato non c'è scritto che la turbina va bene per un motore a 12000cc, ma parla solo di potenze del motore, non fa alcun riferimento alla potenza espressa dalla sola turbina.

secondo me dovresti rileggerti i link che posti.
cmq posso dirti una cosa:
le turbine sono macchine estremamente dedicate, vale a dire che appena ti sposti dalle condizioni per le quali sono state progettate la resa decade paurosamente, quindi ti consiglio di non imbarcarti in progetti fatti "ad occhio" come mi sembra di capire vorresti fare.

ciao

Nell'articolo di 66 pagine che ho linkato non ho letto di motori da 12000cc anche se non escludo che quelle turbne possano essere sate su un 12l, forse tu l'hai trovato ed io no

Ma non è importante, la cosa più importante è come usare queste turbine per generare en elettrica

Le turbine primus non sono delicate come scrivi, anche la Turbec può lavorare a 850, 900, 950°C con rese diverse si,ma comunque paragonabili