Discussione: Turbogeneratore Brayton per Scarico Motore

Volevo capire almeno in maniera teorica qulai erano i guadagni e le perdite del sistema , soprattutto mi serviva capire quale portata deve avere la pompa che fa depressione per capire se posso sfruttare il moto degli ingranggi del sistema SCANIA.
Se mi aiutate con i conti vi pago una cena :-)
Altrimenti capire se i guadagni che ho sono superiori alla perdita causata dalla conversione (movimento -> elettricità -> movimento) che poi è (elettricità -> movimento) perchè la corrente la devo già produrre.

Scusate l'entusiasmo ma l'idea mi piace parecchio.
(il 25% di risparmio teorico giustifica una buona spesa per la sperimentazione)

Poi se devo trovare una ditta che mi faccia in sistema turbina compressore equilibrato si vedrà. Basta valutare i costi

Ciao Nuke. Provo a rispondere per ordine alle tue esigenze.
La tua idea di mettere un compressore centrifugo comandato elettricamente in linea di principio è buona. Non dimentichiamoci infatti che stiamo parlando di un elettrogeneratore. Quindi l'energia elettrica già ce l'ho. Però è stata comunque generata con un rendimento al generatore del 92%. L'inverter rende l'85% ed il motore del compressore un 90%. Dal prodotto 0,92 x 0,85 x 0,9 = 0,7 viene fuori il rendimento totale della trasmissione meccanica della potenza necessaria al compressore. Un alberino meccanico rende il 98% e tutto finisce qui.
Se tieni presente che in ciclo brayton la potenza richiesta al compressore si aggira sul doppio della potenza utile ecco che la trasmissione elettrica ti mangia il 60% della potenza utile.
Però se non c'è altro modo, meglio che niente.

La portata non cè bisogno di calcolarla. E' la stessa in aspirazione al motore e basta misurarla o dedurla dalla scheda tecnica.
Il rapporto di compressione è fissato dal compressore che trovi in commercio.

Un'ultima considerazione. Però terrificante.
I compressori elettrici automobilistici sono roba piccolina, adatta a motori a benzina. MA che potenza di motore ci serve? Serve una simulazione della NAsa per saperlo?
Ma certo che no. Bastano semplici considerazioni.
Se recuperiamo il 15% da un motore da 300 Kw vuol dire che la turbina erogherà 45 Kw. Siccome, in linea di massima, un brayton richiede per il compressore il doppio della potenza utile, è facile calcolare che di questi 45, 15 sarebbero utili (1/3) e 30 (2/3) servirebbero per il compressore.
E' un conto approssimato ma rende l'idea.
Ora 30 Kw si trasmettono a quelle velocità con un alberino meccanico di pochi millimetri di diametro.
Ma l'ipotetico motore da 30 Kw è una roba veramente grossa....
Quasi quasi converrebbe comprare un compressore industriale e metterlo in serie al motore......

Sto dando un'occhiata in giro per rendermi conto di quanto costi fare
le turbine accopiate + albero e ingranaggio
Praticamente turbocompound+compresore

Grazie a tutti

5/6000 euri per un sistama
turbina calda fredda con ingranaggi in uscita
(derivato tractor-pull) con tutti i crismi cuscinetti a bagno d'olio ecc ecc

MA! questi girano a 60.000 giri con picchi di 80.000
e non 24h/24

la ricerca continua...

Ottimo Nuke. Sei un terremoto.
Una possibilità aggiuntiva sarebbe quella di comprare un gruppo compound Scania e poi provare a collegare un compressore prelevato da un turbocompressore all'albero della turbina.

Scusa ero io quello ottimista che fa le cose facili, e tu quello con i piedi per terra, così mi spiazzi.

Però credo sia più facile fare realizzare il sistema turbina-compressore da 0 che modificare il compound, ho accennato l'idea ad un paio di ditte e progettisti meccanici di collegarsi sull'albero della turbina, tutti mi hanno risposto (poi la equilibri tu?)
Le soluzioni sono due farsi fare dalla KKK o da una ditta Svedese (di cui non trovo + il nome) un sistema turbo-compressore + ingranaggio esterno, oppure trovare un compressore che abbia la portata necessaria anche se collegato agli ingranaggi esterni, cioè con un numero di giri decisamente + basso.

il sistema turbo-compressore non è niente di avveniristico per chi già lo produce, basta aggiungere all'albero un ingranaggio con interposti una serie di cuscinetti che riducano le vibrazioni (come ha fatto scania).

per quanto riguarda il compressore a basso regime di giri (da azionare con gli ingranaggi esterni), un volumetrico può andare bene?

Certo che si. Purchè di cilindrata e numero di giri adatto a smaltire la portata.
L'equilibratura in effetti è una rutta bestia....

Ho bisogno di numeri!
Ho parlato con dei motoristi che fanno modifiche per tractor-pull (che fanno superturbine su misura ecc..)
..e scusate ma ne capivo più io che loro di turbo...

insomma sarà più sano parlare con qualche tecnico loro fornitore di turbine. se mi danno il contatto , hanno paura che sia della concorrenza.

Per un preventivo mi servono dati un po' precisi; questa ditta svedese produce sistemi turbina-compressore. e sembra adatta allo scopo

sapendo che il mio bel motore ha sullo scarico gas con:

Temperatura 560°C
Flusso 850 litri/s

che caratteristiche devono avere le due giranti?
basta dire che il compressore deve avere una portata di 850 l/s?
o ci sono caratteristiche di base per il brayton che devo considerare?

Ho trovato anche questo ma da un risparmio dei consumi pari al 2 – 4 %
... contro lo scania 7-9%

Molto interessante anche questo link
Spiega in formule il turbocompound scania

http://www.heat2power.net/competitor...dbenchmark.pdf

Turbocompound della CATERPILLAR

http://www1.eere.energy.gov/vehicles...er_hopmann.pdf

LO COMPRO

Ciao Stranamore secondo te...
Se acquiso un turbocompound della caterpillar...
ci collego uno scambiatore e l'uscita la giro nel compressore?

se il compressore ha una portata maggiore della turbina è grave?
se è minore?

quanto costa? è una bellissima EFGT... finalmente una...

A presto

Il turbogruppo è semore calcolato per la stessa portata tra turbina e compressore. Infatti diversamente dovrei scaricare una parte dei gas. Tra di loro quindi sono sempre omogenei.
Invece il rapporto tra la portata di progetto di questo turbogruppo e la portata del tuo motore puoi farlo semplicemente dai dati di targa dei due motori base. Tuttto quello che entra per l'appunto esce, e quindi i dati di portata aria aspirata, a meno della portata di combustibile che vale a piena potenza per 1/20° all'incirca, valgono con buona approssimazione anche per lo scarico.
In caso di forti differenze tra le due portate una modifica della area di "strozza" della turbina può servire a sintonizzare i due gruppi.
Ma sei sicuro che questo turbogruppo caterpillar sia reperibile come ricambio? Mi pareva di aver capito che fosse un prodotto in sviluppo non ancora in produzione. E chissà quanto costa....

Originariamente inviata da Stranamore

Il turbogruppo è semore calcolato per la stessa portata tra turbina e compressore. Infatti diversamente dovrei scaricare una parte dei gas. Tra di loro quindi sono sempre omogenei.
Invece il rapporto tra la portata di progetto di questo turbogruppo e la portata del tuo motore puoi farlo semplicemente dai dati di targa dei due motori base. Tuttto quello che entra per l'appunto esce, e quindi i dati di portata aria aspirata,

era quello che pensavo pure io. Mi fa piacere che altri l'avessero ragionata come me.

se è un prototipo non lo vendono... se lo vendono sarebbe interessante sapere a quanto... Nessuno che abbia idea di come ottenere simili informazioni?

Se fosse veramente un pezzo di ricambio sarebbe un gioco da ragazzi

A presto

Mi sto documentando ...
Con questo potremmo arrivare al famoso 25% che mi ha fatto innamorare del Brayton?

Il turbocompound scania e stato sviluppato dalla Holset oggi Cummins Turbo Technologies.

per Stranamore

1. Secondo te quanto sarebbe secondo te la differenza dell efficienza di un sistema come quello della caterpillar che integra un generatore ad alta velocita tra compressore ed espansore paragonato con un approccio tipo Scania dove si inserisce solo un ingranaggio per poi condurre l´energia meccanica ad un shaft per il sucessivo utilizzo con un generatore "regolare"?

2. Secondo te sarebbe utile usare un sistema variabile per l´espansore per poterlo meglio "abbinare" ad un specifico motore o e meglio una semplice strozzatura nell inlet? Parlo di un annello di alette movibile.

3. In caso di un sistema variabile, secondo te quanto potrebbe essere ampio lo spettro di flussi che si potrebbe coprire con un singolo gruppo?

Frank

La differenza in rendimento, dando per scontato che i due generatori siano dello stesso livello tecnologico, è dovuta solamente al rendimento meccanico della cascata di ingranaggi di riduzione dei giri.
La riduzione stessa non può avvenire in un solo stadio, stante un rapporto di giri tra i due alberi che si aggira intorno ai 30. A seconda del numero di stadi si ha una corrispondente perdita di rendimento pari al 3% circa per ingranamento tra ingranaggi.
Per contro un motore elettrico in grado di girare ai 120-220.000 giri/min è una vera sfida tecnologica. Essendo che l'induzione elettromagnetica richiede avvolgimenti in rame e nuclei in ferro, materiali dalle caratteristiche meccaniche pessime, risulta difficile far resistere il generatore alla forza centrifuga. Un generatore siffatto è una questione di materiali ad altissima tecnologia e costo, e questo è il motivo per cui non se ne vedono molti in giro se non per gli studi a livello sperimentale.
Per quanto riguarda il distributore turbina a sezione variabile il rendimento turbina è un falso problema.
Quando chiudo il distributore per aumentare i giri del turbogruppo non faccio altro che aumentare la contropressione al motore che brucerà più combustibile per vincerla.
In buona sostanza non è che aumento il rendimento della turbina, metto in condizione il motore di poterla accellerare.
Se a monte non c'è il motore in grado di farlo il distributore variabile serve a poco.
Inoltre, e questo risponde alla tua ultima domanda, l'accoppiamento motore/turbo è tale per cui il turbogruppo è alla sua massima efficienza (e giri) al regime di coppia massima.
Quindi stringo il distributore per usare il motore come boost a regimi inferiori, e lo apro per non mandarlo in fuorigiri ai regimi superiori. Dal regime di coppia max in poi il turbo gira a regime costante e quindi assorbe sempre la stessa potenza gas. Aprendo non faccio altro che indirizzare i gas in modo che compiano meno lavoro contro le sue palette (ne abbasso la velocità e ne cambio la direzione). L'unico vantaggio è che mi scende la contropressione al motore con vantaggio per i consumi.

Originariamente inviata da Stranamore

Essendo che l'induzione elettromagnetica richiede avvolgimenti in rame e nuclei in ferro, materiali dalle caratteristiche meccaniche pessime, risulta difficile far resistere il generatore alla forza centrifuga.

Per il rame posso essere d'accordo, ma per il ferro?
hai presente che col ferro ci hanno fatto cosine come la tour Eiffel o il batiscafo trieste?
e tu me lo chiami materiale pessimo?
e cosa considereresti come ottimo?

ragionando, poi...

il rame potrebbe anche non ruotare, come nei motori asincroni a gabbia, non c'è rame che ruota

Invece, ma questa è una considerazione generale, non una risposta esplicita

nessuno ha mai pensato che il volume delle turbomacchine sale con l'abbassarsi della pressione?

a parità di ogni altra cosa immaginabile, entalpia, entropia, energia, salto termico, velocità, potenza, colore degli occhi, sapore della nutella...
una macchina prevista per funzionare a bassa pressione è più grande di una per alta pressione
una macchina che lavora sotto la pressione atmosferica è più grande di una che lavora alla contropressione di scarico

a parità di velocità periferica delle palette, una macchina più grande girerà più lenta

è stato considerato questo?

"è stato considerato questo?"

per bacco!!!!!

Se chiedi l´amico google per il Sig. Carnot ti ammazza con dei riferimenti alle considerazioni che cerchi. Ne poi trovare in tutte le salze tranne alla nutella.

Frank

Originariamente inviata da Il Crucco

"Se chiedi l´amico google per il Sig. Carnot ti ammazza con dei riferimenti alle considerazioni che cerchi. Ne poi trovare in tutte le salze tranne alla nutella.

Frank

magari anche alla nutella, non è questo il punto!

che dimensioni potrebbe avere una macchina del genere?

"e cosa considereresti come ottimo?"

La Kryptonite?

Per quanto riguarda l´assenza di rame sull rotor mi trovo d´accordo con te.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1278069901

ABB usa i magneti permanenti NeBFe.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1278069901

Questo e un documento interessante che contrapone le tre possibilita principali per realizzare il rotor ad alta velocita.

Loro dichiarono che hanno progettato per 65.000 giri ma solo testato fino a 40.000.

Frank

"che dimensioni potrebbe avere una macchina del genere?"

Qui vogliamo sfruttare il potenziale termico post ICE. Io credo che a questo scopo i prestano i turbo compressori dell automotive. Resta il problema su come utillizzare il lavoro utile dell ciclo.

Ho letto in un altra parte dell forum che sei esperto per lo svuluppo in mbiente elettrotechnico. Secondo te quanto e impegnativo lo sviluppo della parte elettromeccanica di un induction generator come descritto e sviluppata nell link che ho postato in precedenza?

Frank

[QUOTE=Il Crucco;119082119Ho letto in un altra parte dell forum che sei esperto per lo svuluppo in mbiente elettrotechnico. Secondo te quanto e impegnativo lo sviluppo della parte elettromeccanica di un induction generator come descritto e sviluppata nell link che ho postato in precedenza?

Frank[/QUOTE]


Leggo bene, penso e rispondo

comunque non credo che bastino macchine sviluppate per l'automobilismo