Gradiente controtermico

e invece qualcosina si può fare, almeno in teoria e forse anche in pratica.
Mi spiego.
Il vapore esausto che esce dalla turbina, pur essendo presente nel condensatore alla pressione della tensione del vapore relativa alla temperatura più bassa (riferito 30°-40°), ha ancora una temperatura molto elevata nella parte prossima alla turbina, temperatura che andrà via via abbassandosi man mano che si inoltra nel condensatore.
Facendo percorrere al vapore un tragitto opportuno, si potranno recuperare dei gradienti termici ancora elevati e ulteriormente sfruttabili.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1291072924


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Quello che hai disegnato cos'è? uno scambiatore di calore?

Si, ma serve solo per spiegare il concetto.
Sono cose ampiamente note e applicate nei cosiddetti rigeneratori degli impianti a vapore: eh, non solo lo Stirling ha il rigeneratore, ma anche il ciclo Rankine oltre al Brayton-Joule.

In pratica si introduce nel condensatore una serpentina contenente il liquido condensato prelevato dal fondo che attraverso una pompa ad alta prevalenza e bassa portata viene spinto nel senso contrario al flusso del vapore esausto subendo un progressivo riscaldamento.

Abbiamo calcolato con la formula delle adiabatiche che in un ciclo di Hirn a Tmax di 350°C (modestissimo e applicabile in ambito domestico), il vapore esausto esce ancora a 160°C, quindi in gran parte recuperabile.

Rampa, nell'ultimo impianto dove ho lavorato il vapore usciva dalla turbina a 52° e dopo un metro e mezzo entrava nel condensatore, da cui usciva il condensato a 48°.
Fai tu.

il 2,5% di resa dell OTEC, e un dato che preso a se' NON indica NULLA!

naturalmente non tiene conto del dimensionamento quantitativo,
nedella disponibilita' DUREVOLE almeno quanto il sole!

revamping dell OTEC
http://www.gizmag.com/lockheed-marti...-hawaii/17081/

http://e2e.ti.com/group/energy/b/blo...arvesting.aspx

Il termometro è tiranno, non si contesta...
ma, tanto per capire, a che temperatura entra il vapore in turbina ?

In quella, ci entrava a 425°. Era un piccolo impianto...
... ma se ne esce a 160° invece che a 52, il rendimento di espansione era piuttosto scarso, a meno che si trattasse di una turbina a contropressione ed usassero il saturo a 150° per altri scopi.

Sono stato molto impreciso, mi scuso, e si riferiva ad un caso particolare... simulavamo su foglio di calcolo un'espansione di 2 volte (con un volumetrico ad uso "domestico" pistone-cilindro, non turbina) a P di 3Atm e Tmax di vapore surriscaldato a 350° circa: un piccolo ciclo di Hirn fatto in casa, insomma...Inoltre lo scarico del vapore è atmosferico.
In questo caso particolare si poteva ottenere un recupero termico notevole e una resa molto più interessante che col classico vapore saturo.

Nno ci avevo pensato, ma se lo scarico era atmosferico (e quindi senza xondensatore) allora le temperature sarebbero compatibili. Ma il rendimento originale doveva essere una ciofeca....

8% a vapor saturo (130° a 3Atm)
12% a vapore surriscaldato a 350°
16 % con recupero controtermico circa, ma sulla carta....

Effettivamente poco, ma dovendo bruciare legna per riscaldamento, sempre meglio di niente !

Ora rifaremo i conti col ciclo di Rankine chiuso depressurizzato: dovrebbe esserci un salto pressorio più elevato, dato che la tensione di vapore a 52° viene tabellata a 0,13 Bar.
Il rendimento dovrebbe aumentare ulteriormente surriscaldando il vapore saturo a 450°, sempre mantenendolo a 3Atm, valore di tutta sicurezza in un ambito domestico, vedremo...

Non sarei sorpreso se con questi parametri, almeno sulla carta mi uscissero per il vapore rendimenti simili ai classici motori a gas reversibili...

Intanto prosegue la progettazione-costruzione dell'espansore adiabatico volumetrico da 1000cc circa, con precamera di espansione e movimentazione valvolare tutta e solo a cassetto...

I rapporti di espansione con il vapore sono sempre enormi. Un ciclo con temperature massime di soli 150 °C vaporizza almeno a 15 bar e condensa a 0,25 bar. I valori li ho dati a memoria, ma basta prendere le tabelle acqua vapore per prendere i valori precisi al decimale.
Il rapporto di espansione perciò è 15 x 1/0,25=60. Se tenete conto di questo nei calcoli vi rendete conto che non c'è trippa per gatti.
Infatti non è possibile in un impianto pratico scaricare in atmosfera. L'acqua che va in caldaia deve essere almeno demineralizzata, il che ha un costo proibitivo se poi il vapore lo scarico. Usare acqua di rubinetto porterebbe a buttare la caldaia in poco tempo per il deposito di calcare.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1291155311

Parliamo di cose diverse; il surriscaldamento del vapor saturo non comporta riscaldamento della caldaia.
In pratica a 130° ottengo vapor saturo a 2,65Atm (2000mmHg dalla tabella allegata) che successivamente viene surriscaldato a 350-450° in una serpentina separata.
Questo vapore surriscaldato viene utilizzato dalla camera di espansione adiabatica che produrrà lavoro: tutto qui...


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Tutto calore buttato purtroppo. Se fai il rapporto tra la Tmax e la Tmin ti rendi conto che è basso. Rapportando i 350 ai 160, una volta portato tutto in kelvin ti rendi conto che i valori di rendimento da te dati sono utopici.
Un ciclo a vapore così piccolo non arriva a consuntivare un 30% del corrispondente rendimento di Carnot tra le temperature estreme indicate. Questo a causa di una serie di irreversibilità non sempre evidenti.
L'utilizzo di un espansore volumetrico poi, nel caso del vapore, è altamente sfavorevole rispetto alla turbina, in controtendenza rispetto ai cicli a gas.
L'espansore introduce tutta una serie di perdite peculiari che sarebbe lungo descrivere. Basti dire che se una turbina è essenzialmente un oggetto adiabatico un volumetrico non lo è. Esso soffre di perdite di calore verso l'esterno e di trasporto parassita di calore. Cose che si traducono nella pratica con condensazioni sulle sue pareti e sulla sua testata. LA cosa è anche aggravata dal fatto che scarica a pressione relativamente, per un ciclo a vapore, alta. Infatti una percentuale molto alta di questo condensato non può rievaporare causa pressione eccessiva e rimane nell'espansore, dove nei casi peggiori può dare colpi d'ariete distruttivi.

Conclusioni che definirei eufemisticamente "qualitative".
Quelli del BMW per fortuna qualche numero l'avranno avuto in mano per decidere verso un recupero a ciclo di Rankine a vapore piuttosto che a macchina di Carnot.

Come sarebbe a dire, "a macchina di carnot"?
Comunque, ecco un riassunto:
Honda e Bmw ? Recupero energia con ciclo Rankine - Autoambiente - il sito di riferimento per le auto ecologiche a basso impatto imbientale, basse emissioni di co2
"Il ciclo Rankine in breve
Il ciclo Rankine prevede l'uso di un fluido (acqua per Honda e il progetto Bmw “A”, etanolo per il Bmw “B”) che viene compresso da una pompa. Il liquido viene quindi riscaldato dai gas di scarico (o dal liquido di raffreddamento del motore, come nel Bmw “B”) mantenendone costante la pressione. Viene poi vaporizzato e quindi surriscaldato con il calore dei gas di scarico arrivando a 400-500 °C e 70-90 bar di pressione. È poi una turbina o un sistema a pistoni a sfruttare l'espansione del vapore surriscaldato, che poi viene recuperato in un condensatore, dove ridiventa liquido per essere reimmesso nel ciclo.

Risultati promettenti? Sì, no, forse
Abbastanza contrastanti i dati ricavati da varie sperimentazioni effettuate finora. L'ingegnere Kensaku Yamamoto, nell'illustrare i test effettuati da Honda su una Stream ibrida, ha annunciato un 3,8% in più di efficienza alla velocità costante di 100 km/h, con un rendimento massimo dell'unità a vapore limitato, pari al 13%. Yamamoto ha commentato che Honda cercherà di aumentare l'efficienza del sistema per arrivare, compensando il maggior costo del propulsore, a una convenienza economica che oggi evidentemente non c'è. D'altra parte, secondo Honda, l'unità a vapore “vale”, per ricaricare le batterie del sistema ibrido, il triplo del sistema di recupero energia in frenata integrato nell'Honda Stream sperimentale. Secondo Bmw, invece, il sistema ha il potenziale di “regalare” il 10% di potenza supplementare a un motore termico alle blande velocità (72/113 km/h) tipiche dei viaggi sulle strade extraurbane americane. Mentre i ricercatori di due istituti inglesi, la Loughborough University e la University of Sussex, hanno concluso che in un veicolo leggero l'uso di un ciclo a vapore permette un risparmio massimo di carburante valutabile, a seconda delle condizioni d'uso, tra 6,3% e 31,7%."

Non mi sembra entusiasmante... sembra che si sia giunti alla disperazione pur di guadagnare qualche watt...
Alla fine, si guadagna il 3,8% alle ruote dal 13% dell'efficienza del ciclo, che lo prende dal 30% disperso dal motore...
Come poi sperino di arrivare ad una turbina che renda il 30% in futuro senza renderla enorme e costosissima, boh....
Altro link:
http://www1.eere.energy.gov/vehicles...09_obieglo.pdf

Semplificazione: sta per ciclo Brayton o Stirling.

Ragazzi, conosco bene l'applicazione BMW. Primo se fosse stata un fulmine di guerra oggi sarebbe inserita nell'Efficient Dinamix, mente invece gli è stata preferita l'ibridizzazione.
Poi era una applicazione a benzina e prendeva calore dalla marmitta e dal collettore di scarico subito a valle catalizzatore. Condensava a 90 °C con il circuito acqua e vaporizzava molto più su. Un benzina normalmente scarica a circa 900 °C. MA causa catalizzatore in mezzo sicuramente la Tmax sarà stata una via di mezzo. Comuque più alta dei 350 °C indicati da rampa.
L'utilizzo di uno scroll expander poi faceva il resto. Soffre meno delle perdite relative agli altri espansori volumetrici da me citate in precedente post.
In pratica il problema di questa applicazioni è sempre lo stesso: per rendere un ciclo rankine deve condensare a bassa pressione e temperatura. MA questo richiede radiatori enormi non installabili su un veicolo in movimento. L'auto a vapore non si mai affermata, e ci hanno provato per un secolo, per questo motivo principalmente. E poi ci sono i problemi di regolazione dovute alle inerzie termiche degli scambiatori comuni a tutti i cicli a combustione esterna. Problema in comune anche con gli stirling automobilistici. Su un veicolo che deve anche accellerare rapidamente alla bisogna e fermarsi ai semafori è un problema grosso.

se vedete che c'e un palo,perche andarci a sbattere?

considerare calore da compressione del recupero hydrido dell energia di frenata ? no? perche?

e considerare il freddo prodotto dall' utilizzo dello stesso in espansione (launch assist)? no? perche?

CAVOLATA!!:
"Alla fine, si guadagna il 3,8% alle ruote dal 13% dell'efficienza del ciclo,
che lo prende dal 30% disperso dal motore..."
il moTore endotermico rende all incirca il 25%, da32MJ (o, 8,8kW/Lt di benzina)
si ottengono nell automotive semplice 8Mj (2,2kWh...).
quindi lo scarto termico e' matematicamente il 75%!

e del 25% di cinetica il 60% viene disperso nei freni , ancora sotto forma termica.
quindi il 75 + 15% = 90% BUTTATO! FBL !

Fatti calcoli e leggi i documenti, prima di straparlare: magari ti accorgi che il sistema della BMW non utilizza tutto il calore disperso dal motore, ma solo circa il 30%.

Ah, grazie per aver copiato all'istante il link che definisci una cavolata nei tuoi post, dove stranamente diventa buonissimo:

-ora della tua visita e del tuo post su EA: 3-dic-2010 10.38
-ora della tua visita e del tuo post qui sotto: 3-dic-2010 10.54
la SOLUZIONE c'e !! - Meetup - Forum dei Grilli Venezia (Venezia, VE) - Meetup

Non dimenticate l'EXERGIA

Gli ultimi post mi hanno fatto ricordare (cerco di prendere il buono da tutte le parti) che parlare di recupero nei veicoli è una faccenda dalle molteplici facce.
Il post rischia di essere fuori tema con il topic, ma spero venga perdonato se ritenuto utile.
Quando si parla di recuperare su un impianto fisso in buona sostanza si parla (salvo casi in cui nella realtà di calore da recuperare non ce ne sia proprio) di convenienza economica nel farlo. Il recupero è un costo di impianto da ammortizzare con il vantaggio economico del recupero stesso. E' lo scopo della poco compresa funzione termodinamica EXERGIA. E' la più recente funzione di stato introdotta (pensate che nei miei corsi universitari ancora non c'era) e forse per questo ancora poco metabolizzata. Indica la convenienza economica del recupero. Es. Avere tantissimo calore da recuperare a 30°C, disponendo di fluido freddo a 25°C come seconda sorgente, da un indice prossimo allo zero. Non c'è convenienza. Perchè quel calore non potrà essere convertito che in percentuale miserrima.
E questo spiega in parte i commenti precedenti in vari post miei e di altri.

Quando si parla invece di recupero nei veicoli il discorso cambia e di parecchio. Perchè il veicolo si muove e funziona a potenze erogate molto variabili.
Primo c'è l'ovvia considerazione del peso del veicolo.
Più roba ci metto e più pesa. Ma il peso impatta negativamente sui consumi. Il trade off tra risparmio da una parte ed aggravio dall'altra è una linea sottile e fumosa che passa per i profili di missione. Un camion passerà la sua vita a fare autostrada a velocità costante (dove converrebbe recuperare tutto il possibile) mentre un furgoncino farà uno stop & go in città e li converrà invece essere leggeri. Spero di aver reso l'idea.
Secondo. Il veicolo funziona a potenze variabili. Questo vuol dire che l'energia allo scarico recuperabile varia nelle stesse proporzioni, mentre il peso me lo porta appresso sempre e comunque.
Terzo. La temperatura in primis serve a tenere caldo il catalizzatore. Se no respiriamo tutti benzene cancerogeno.
In buona sostanza proprio nel ciclo più oneroso per i consumi che è quello cittadino di calore da recuperare proprio non ce ne è.

Invece c'è molto da recuperare dagli andamenti inerziali del veicolo. Tradotto in italico idioma dall'energia della frenata.
E' il motivo per cui BMW ha preferito nel suo efficient dinamix l'ibridizzazione elettrica al ciclo a vapore.
Però qui io vorrei citare, perchè in questo forum parliamo di motori a combustione esterna e non di ibridi elettrici, una interessante possibilità studiata in passato ma mai applicata.
Cioè la possibilità di recuperare l'energia della frentata con il motore stirling o con il brayton.

Il recupero con lo STIRLING

Questa possibilità si basa sulla reversibilità del ciclo di striling stesso. Il motore trascinato si comporta da pompa di calore quindi assorbe calore dalla sorgente fredda per cederlo ad una sorgente a temperatura superiore. Mettendo in testa al motore un serbatoio contente sali questi possono accumulare nel loro calore latente di fusione questo calore. Finita la frenata questo calore mi farà muovere il motore e mi genererà energia utile per la riaccellerazione del veicolo.
Il Walker propose una interessante configurazione dei cilindri alfa in doppio effetto con swash plate. Con un semplice gioco di valvolini a comanda elettrico esso poteva essere swichato da freno a motore.
Mi limito per ora alla enunciazione del principio, lasciando ad un futuro topic dedicato la discussione dei particolari.

Il recupero con il BRAYTON

Questa applicazione, studiata per lo più per le centrali ad accumulo di energia elettrica notturna, si basa su un motore reversibile (compressore/espansore) che in frenata comprime l'aria in una bombola dopo avrla fatta passare per il solito serbatoio di sali seguito da un accumulatore di calore a pietre.
Nella successiva accellerazione sarà sufficiente prelevare l'aria dalla bombola, farla passare in controcorrente prima nelle pietre e poi nei sali per infine espanderla nel motore.
Anche qui enunciato il principio mi fermo in attesa di futuro dedicato topic.

Anch'io ho cominciato ad interessarmene dopo gli studi, perchè non era nel programma... ma mi ha subito affascinato, specie se intesa come "qualità del calore" a fianco della "quantità"... in effetti, non è entropicamente sensato bruciare del gas a 1000° per scaldare dell'acqua a 90° nelle caldaie, ad esempio.
Dubito però che si possa arrivare alla semplicità ed economia di un recupero tipo KERS meccanico, elettrico o pneumo idraulico....

Ci sono però dei sistemi interessanti.....
Compressed Air Car with Quasiturbine Pneumatic Engine (Quasiturbine air motor)
Index
FuturePundit: Compressed Air Hybrid Car Could Increase Fuel Efficiency
http://www.dailymail.co.uk/motoring/...-runs-air.html

E poi ci sarebbe lo split-cycle, come il motore Scuderi:
http://www.scuderigroup.com/
http://www.treehugger.com/files/2006...ri_airhybr.php

interessantè il recupero con il brayton
parliamone....
mi sorge il primo dubbio
i sali sono per l'accumulo?
se la temperatura deve stare sotto i 650
i rendimenti come sono?
comprimere per poi espandere penso che si perda il 50%
vale la pena?
è ipotizzabile usare aria atmosferica?

dubbi inconsistenti...

"Dubito però che si possa arrivare alla semplicità ed economia di un recupero tipo KERS meccanico, elettrico o pneumo idraulico...."

difatti la TERMICA dovrebbe essere abbinata al sistema pneumo-idraulico ,
o se volete Brayton in ciclo precompresso....
cioe' comprimere azoto secco da 110 atm a 330 atm,
ad una temperatura isotermica di 15 °C (ambiente),
ed espandere ad una isotermica di 90°C (dal raffreddamento motore)

partendo da 9,19 Lt di azoto a 110 ATM
COMPRIMiamo 1 Kg di gas fino a 330 Atm ( =3,05Lt)
in modo isotermico alla temperatura di 15° C o 288K

avremo azoto (N2) a un "potenziale" di 96K (-177°C) di temperatura (1/3 di 288K)
e potremmo spremere termica come in una pompa di calore,
utilizzando la compressione in frenata.... da dissipare!
(288-96) x Cspec (1008J/K al Kg) = 192 x 1008J = 192 000J ….
-----------------
quanti J di Forza per avere questi 193kJ T ? io lo so'....
---------------
terminata la compressione (o carico) allo stop del mezzo seguirà
l'ESPANSIONE ISOTERMICA in spinta del veicolo,
questo Kg di azoto a 330ATM a 15°C se scaldato dal motore a 90°C o 363K
assorbirà a veicolo fermo ( 363 - 288 ) 1008 J = 75 x 1008 = fino a 75 000J
75 kJ / 192 kJ = 39 / 100 …... (192kJ da reintegrabili a temperatura ambiente)
danno uno SPUNTO maggiorato del 39%

oppure: 288K sta a 330 atm COME 363K sta a X ed X = 415 ATM

Non dire sciocchezze senza fondamento, non sai neppure di cosa stai parlando. E la discussione NON riguarda il recupero di frenata.

Molto interessante, potresti chiarirci piu' dettagliatamente il principio?
Grazie

Partendo da un classico alfa doppio effetto 4 cilindri swash plate, cioè a tamburo, per poter ottenere l'effetto voluto senza invertire le sorgenti calda e fredda c'è bisogno di cambiare il collegamento tra i cilindri. Normalmente lo spazio freddo di un cilindro è collegato allo spazio caldo di quello immediatamente successivo nel senso di rotazione, nel funzionamento come motore intendo. Per poter fare da freno senza invertire ne il senso di rotazione ne le sorgenti calda e freda invece c'è bisogno che lo spazio freddo sia colelgato a quello caldo del cilindro che precede, sempre tenendo come base il senso di rotazione. Per farlo bastano delle elettrovalvole deviatrici del flusso ed una paio di canali di collegamento in più.

Recupero cinetico con Brayton

E' possibile farlo anche per il ciclo Brayton, sempre con lo stesso meccanismo indicato da Stranamore per lo Stirling, invertendo i flussi del gas, senza invertire il senso di rotazione del motore.

Faccio notare che per questa funzione è termodinamicamente più conveniente il Brayton rispetto allo Stirling, dato che il Brayton immagazzina aria compressa, DeltaP, pressione d'aria invece di DeltaT.
Il recupero di pressione d'aria è più semplice del recupero termico, oltre al fatto noto che il calore è una forma di energia di basso livello.

Ah, dimenticavo, l'aria compressa poi è molto ben riutilizzabile nel motore ibrido ad aria compressa, senza doverla ripassare per un ciclo Brayton.

Vorrei aggiungere a quanto detto da Rampa un dettaglio. Con lo stirling si accumula calore. Con il brayton in realtà sia calore che aria in pressione.
Benchè sia evidente che se mando l'aria compressa calda in un serbatoio io me la ritrovi così da utilizzare, un pò meno evidente è la convenienza di separare i due tipi di accumulo. SE la faccio passare in sistema di accumulo termico prima di andare al serbatoio massimizzo la capacità di quest'ultimo. Infatti a pari pressione conterrà una quantità maggiore di aria se è fredda. A questo si aggiunge il vantaggio che è molto più facile isolare termicamente un piccolo recipiente di sali fusi che un grande serbatoio di aria compressa.
Dopodichè l'aria è certamente utilizzabile in molti modi.
Comunque il mio segnalare queste possibilità di recupero dava per scontato in primis la possibilità di utilizzare un unico tipo di motore sia per la trazione che per il recupero. Infatti il problema della trazione ibrida elettrica è che tutto il necessario deve essere aggiunto al motore base. Anche i costi ed i pesi devono essere aggiunti. Ed il peso ho già spiegato prima che ti annulla parte del vantaggio.
Aggiungo le difficoltà delle batterie ad assorbire le forti correnti istantanee dovute alla frenata. Questo, problema taciuto normalmente da tutti i costruttori, fa sì che del potenziale teorico da recuperare un veicolo ibrido non ne recuperi più di un decimo od un ottavo. Stanno studiando di accoppiare una batteria di supercondensatori alla batteria che faccia da tampone. Funziona ma al solito costa e pesa in più. Ovvio che una bombola non ha di questi problemi. Pesa decine di volte meno di una batteria, è eterna menter la batteria va cambiata dopo 1200 cicli, e può assorbire potenze istantanee grandissime.