Discussione: Turbogeneratore Brayton per Scarico Motore

Originariamente inviata da Nuke

Scarico GAS a 560°C portata 850litri/s

850 litri a 560 gradi dovrebbero pesare circa 360 grammi

per una turbogas a 560 gradi con un rapporto di compressione di 1 a 5 (dalla pressione atmosferica a 0,2, come scritto prima in questo 3d) il lavoro utile teorico è tra i 100 e i 150 kj al kilogrammo (non lo ho ottenuto da una formula ma da un diagramma)

dovrebbe dare una potenza tra i 35 e i 54 Kw

magari stasera applico due formule per avere un valore più preciso

ma che motore è?
così a occhio siamo sui 300 litri al secondo di aria a temperatura ambiente (sono in pausa pranzo, mi rifiuto di tirar fuori la calcolatrice)

considerazioni sparse........ non me ne vogliate

se fosse un motore da 300 litri di cilindrata a 4 tempi farebbe 2 giri al secondo 120 al minuto
un 150 litri farebbe 240, facciamo 250
in 75 litri facciamo 500
per 3000 giri facciamo 12,500 litri

stiamo veramente parlando di un 12000 a 3000 giri?

vabbe' sovralimentato magari è solo un 6000, ma comunque piccolo non è


oppure ho mangiato troppo, oggi in mensa?

Originariamente inviata da Nuke

Triton 200

sul sito di cummins non lo trovo

caratteristiche?

Il motore è un Cummins Triton 200

Scusa il generatore è un Triton 200

Vedi Link:

http://www.gopower.com/documents/docs/1245952048.pdf

Originariamente inviata da Nuke

Scusa il generatore è un Triton 200

ma scusa, lo usi a 60 Hz?

c'è anche la versione a 50Hz 1500 giri invece di 1800

Verissimo, ma non scarica 850litri al secondo a 560 gradi

scarica 650 l/sec a 548 gradi

Altre domanda, scusa se sembrano a singhiozzo

per che servizio lo usi: continuo, in isola....

Vero, hai ragione , sorry

Stasera, donna permettendo, provo due calcoli per turbina e compressore

Ottimo masterlegnano. Però, credo di averlo scritto in precedente post, bisogna fare una verifica sulla reale temperatura di fine espansione.
Essendo che il concetto, per essere produttivo, richiede un abbastanza differente volume specifico tra turbina e compressore (ma questo lo sai...) e che la fonte di questa differenza non può essere che il raffreddamento ad opera di circuito acqua o aria ambiente, non si può scendere idealmente sotto quest'ultima. Nella realtà bisognerà tenersi abbondantemente sopra per le necessità di scambio.
Il rapporto di compressione del ciclo pari a 5 è eccessivo. Porta la temperatura troppo in basso per quanto detto sopra, e, se una turbina radiale con quel salto è realizzabile senza difficoltà, per un compressore non può dirsi lo stesso. Siamo nel campo aeronautico spinto e nelle giranti in titanio.
Nessun turbocompressore di tipo veicolare oggi opera efficientemente al di sopra del rapporto di pressione 3 - 3,5. In realtà già per queste pressioni normalmente si preferisce il twin stage.
Non ho il tempo di fare conti e del resto sarebbe un calcolo iterativo per stabilire la condizione di massimo rendimento del ciclo con le condizioni al contorno, ma credo che il rapporto ottimo si posizionerà nel range 2-2,5 massimo.

A proposito dei generatori, ditemi quali sono quelli che funzionano senza far ruotare ne i magneti nel gli avvolgimenti. Perchè se i documenti a cui vi riferite sono quelli postati da il crucco vi assicuro che me li sono letti attentamente e parlano invariabilmente di magneti permanenti rotanti. La ABB li fa ruotare cinturandoli con una fascia di fibra di carbonio che li tenga insieme. E questo conferma sia le caratteristiche meccaniche insufficienti del materiale magnetico che quanto da me scritto sulle fibre di kewlar.
D'altronde non è che me lo sono inventato. Prendetevi qualunqe articolo sui kers di formula 1 o sui sistemi di accumulo a volani (a cui l'applicazione si avvicina) e ci troverete scritte le stesse cose.

Donna non ha permesso, ma ci riprovo appena posso...

buona notte a tutti

piccola aggiunta

riluttanza variabile?
magnete fisso, avvolgimenti fissi, gira un anello con spessore variabile (ovvio che deve essere equilibrato)

Gabbia di scoiattolo?
avvolgimenti fissi, nessun magnete, gira una gabbia di alluminio immersa nel ferro

adesso non me ne vengono in mente altri, ma ne basta uno di questi per non far girare ne il rame ne il magnete

E no. LA riluttanza variabile, se pur funzionante in linea di principio in realtà comporta perdite di flusso magnetico inaccettabili. E ti sposta il problema della resistenza sull'anello rotante, che comunque deve essere un conduttore e sei al punto di partenza.
LA gabbia di scoiattolo vale per un motore ma non per un generatore. In un motore lo statore genera il campo rotante che fa muovere (o meglio reagire..) la gabbia. In un generatore deve essere la gabbia a creare un campo magnetico variabile nel tempo per indurre corrente nello statore.
Invariabilmente ci devi appiccicare un magnete, e torni al punto di partenza.
E comunque puoi credermi che il ferro a quelle velocità di rotazione non tiene.
Per una serie di motivi, a pari velocità periferica, la situazione migliora con la diminuzione del raggio dell'oggetto rotante, ma comunque questo ha i suoi limiti e per quelle velocità servono materiali leggeri. Tipicamente compositi anisotropi a fibra unidirezionale. Che poi li si usi come cintura di contenimento o che ci si disperda in polvere fine il materiale magnetico poco importa. E comunque tutto lo sviluppo mondiale è in quella direzione. Ma di prototipi funzionanti se ne sono visti tanti, di sistemi commerciali ancora nessuno.

Interessane documento sulle caratteristiche dei metalli.

http://dicasm.ing.unibo.it/colonna/f...LI%20laura.pdf

A pag 33 una tabella riassuntiva, ma i carichi di rottura sono riferiti ai materiali puri. PEr le leghe bisogna spulciare nelel pagien di dettaglio.

"...Invariabilmente ci devi appiccicare un magnete..."

"Induction generator also has two electromagnetic components: the rotating magnetic field constructed using high conductivity, high strength bars located in a slotted iron core to form a squirrel cage; and the stationary armature similar to the one described in the previous paragraph for PM technology. Figure 3 shows the construction of a typical induction generator in a cross
sectional view."

Lavorando loro per l´afrl focalizzano certamente su aspetti diversi che noi. Le grosse potenze con aparati piccoli sono fondamentale per gli armamenti che non si basanno su reazioni chimiche esplosivi.

Ma dire che il concetto espresso sia totalmente sbagliato gia in partenza mi pare difficile dopo un avallo di quell tipo.

Nonostante essere affascinato da questa tecnologia mi farebbe piacere sentire cosa pensate voi sull dimensionamento di un ipotetico ingranaggio e su come lubrificarlo. Io ho in testa un "case" addatto a ruote variabili per compressore ed espansore con relativi "coperchi" (mi si perdoni termini sbagliati). E ovvio, che per le potenze piu basse aumento le masse in movimento che non sono strutturalmente utili, ma credo che valga la pena.

Frank

Originariamente inviata da Stranamore

E ti sposta il problema della resistenza sull'anello rotante, che comunque deve essere un conduttore e sei al punto di partenza.
LA gabbia di scoiattolo vale per un motore ma non per un generatore. In un motore lo statore genera il campo rotante che fa muovere (o meglio reagire..) la gabbia. In un generatore deve essere la gabbia a creare un campo magnetico variabile nel tempo per indurre corrente nello statore.

magnetico e conduttore non sono sinonimi, riluttanza variabile non richiede materiale conduttore rotante, ma materiale magnetico rotante

nel gabbia di scoiattolo il campo magnetico viene generato dove viene generato di solito, nell'avvogimento di statore.
mai sentito parlare di alternatori Asincroni?

ma avremo tempo per affrontare questo argomento

torniamo a pressioni, portate e temperature, vuoi?
quando sapremo come si comporta la turbina, sapremo come si deve comportare il generatore

innanzi tutto, distinguiamo la parte di conversione meccanica, da quella successiva di conversione elettrica.
la forza che agisce sul sistema di conversione meccanica (EFGT external fire gas turbine)
e' dato dall espansione volumetrica dell aria usando temica,
seguendo la formula 0-assoluto (-273) ,
27C = 1, e dunque a 700C includendo avremo un 3...

con 2,5 di resa meccanica netta...
ma, in cui meta' e' contro-forza che pesa sui pistoni,
quindi forza sotratta all albero! GIUSTO?
comprendendo il costo di aspirazione, tot. RESA effettiva = 1,25 a 700C

vorrei che si prendesse in considerazione l'utilizzo della termica usando altri GAS
a piu ALTA RESA, e non limitarsi all ARIA
e che pero dovrebbero essere in circuito stagno....
I famosi CFC e il ciclo ORC Rankine

anche perche come gia saprete, la resa dei motori ICE, passa dal 33 al 50%...
e la tecnica e' molto simile...pur NON essendo UGUALE

anche il sistema di nuova concezione per la coogenerazione della VolksWagen oltre alla normale generazione con forza dal motore endotermico , fa coogenerazione recuperando in ciclo Rankine orc, il calore dello scarico e del raffreddamento (ex-radiatore)

come si puo vedere nel Flyer del Gas Genetron@245fa Honeywell a pag 3
http://www51.honeywell.com/sm/chemic...5a-working.pdf

coogeneratore domestico WolksWagen

e qui un articolo in cui parlano delle sperimentazioni del
rankine per aumentare la resa Km di motori della bmw e...honda

"University of Sussex, hanno concluso che in un veicolo leggero permette un risparmio massimo di carburante valutabile, a seconda delle condizioni d'uso, tra 6,3% e 31,7%".

Purtroppo ho pessime notizie
noi non stiamo dimensionando un sistema "nuovo" ma alcuni parametri sono già fissati
tipicamente:
pressione e temperatura all'ingresso turbina
pressione allo scarico compressore
temperatura all'ingresso compressore
questo impedisce alcune ipotesi semplificative che sono alla base dei diagrammi consultati ieri
Ergo?
devo rivalutare "ex novo" il ciclo
ne consegue:
parametri imposti
Temperatura ingresso turbina 520 gradi 793 Kelvin
pressione ingresso turbina= pressione uscita compressore 1000 millibar
temperatura ingresso compressore 50 gradi (un po' di più della massima temperatura abiente prevedibile) 323 Kelvin
in questo caso si dimensiona il ciclo per il massimo lavoro utile ottenibile dal fluido motore
vi lascio stare la teoria, che non ricordo nemmeno bene, ma ne consegue che
1) la temperatura di scarico della turbina risulta uguale alla temperatura di scarico del compressore
2) i rapporti tra le temperature di ingresso ed uscita di turbina e compressore sono uguali
3) quindi le tre temperature formano una progressione geometrica
quindi ecco fissata la temperatura di scarico turbina e la temperatura di scarico compressore
506 Kelvin 233 gradi
esiste un legame tra i rapporti delle temperarure e i rapporti tra le pressioni (rapporto di compressione)
per un rapporto di temperatura di 1,57 a 1 il rapporto di compressione vale 1,18 a 1
un'inezia
per un rapporto di compressione di 1,18 a 1 il ciclo in aria rende circa 1 %, lasciamo stare le cifre decimali, approssimato non fa 2
siccome il motore in oggetto scarica nei gas circa 150 - 170 Kw il massimo che ci possiamo aspettare dalla turbomacchina è 1 KW
io credo, dato il basso rendimento del sistema, che alla fine la turbomacchina nemmeno giri
però se volete posso tentare di proseguire, giusto come esercizio


PS spero di essermi sbagliato, chi può controllare i miei calcoli?

oggi invece la digestione ha portato consiglio.....

ho preso una radice invece di una elevazione a potenza

il rendimento prevedibile è del 36%, (mettete qui un disegnino di un capo coperto di cenere)

il problema è il rapporto di compressione

viene fuori circa 140 a 1 chiaramente irreallizzabile

posto un rapporto di compressione credibile di 1 a 2
il rendimento passa a
1-rapporto_di_compressione elevato -0.09

circa il 6%

un po' meglio
ci possiamo aspettare tra i 9 e i 13 Kw

Originariamente inviata da HAMMURABY

vorrei che si prendesse in considerazione l'utilizzo della termica usando altri GAS
a piu ALTA RESA, e non limitarsi all ARIA
e che pero dovrebbero essere in circuito stagno....
I famosi CFC e il ciclo ORC Rankine

anche perche come gia saprete, la resa dei motori ICE, passa dal 33 al 50%...
e la tecnica e' molto simile...pur NON essendo UGUALE

scusa, mi sono perso leggendoti
ICE non significa motore a combustione interna?
e al posto dell'aria userebbe CFC?
che interna sarebbe la combustione?

Scusate mi intrometto e faccio le domande stupide.
Premetto la mia ignoranza in fisica quindi non discuto i conti.
Ma la scania dava una resa del 7-8%, 10 teorico del solo turbocompound
quindi 150-170Kw *0,08 = 12-13,6Kw teorico 15-17Kw, non mi tornano i 9-13kw calcolati da Master .

Osservazione sbagliata?

Se fosse così mi si buca la nuvoletta con il sogno di un ciclo brayton con 25% di resa



Grassie raga

Il rendimento (teorico) del ciclo brayton è dato solo dal rapporto di compressione e dalle caratteristiche del gas (aria in questo caso)

e le formule a me questo danno:

1-rapportodicompressione elevato -0.09
dove 0.09 deriva dal rapporto tra calore specifico a volume costante e calore specifico a pressione costante

Scania non ha fatto un ciclo brayton inverso, quindi non deve rispettare questa regola

di fatto scania prende gas in una certa condizione (caldi ein pressione) e li scarica freddi, punto, non tenta di sovraespanderli, raffreddarli e ricomprimerli, come si vorrebbe fare qui

Originariamente inviata da Stranamore

Per chi ama i numeri, ma solo gli adulti che non sanno sognare amano questi senza amare il bello del fenomeno che c'è dietro, dirò che la piccola turbina di un turbosovralimentatore rende tra il 65 ed il 75% nell'occhio di massimo rendimento, mentre una turbina da turbofan aeronautico (parliamo di Megawatt almeno) arriva al 94%.
In aggiunta voglio precisare una cosa.

Sempre rileggere con calma, si trovano cosine interessanti.......

rende 65 -75%

macchine da un megawatt rendono 94 %

sei sicuro?

dove lo hai letto?

mi sa tanto di gabola.....

Originariamente inviata da masterlegnano

scusa, mi sono perso leggendoti
ICE non significa motore a combustione interna?
e al posto dell'aria userebbe CFC?
che interna sarebbe la combustione?

si il motore a combustione interna, alimentato a gas rende il 33%
se recuperi il calore, arriva a > 50%
usando un ciclo sigillato ORC-rankine (cfc sailed) con evaporatore-e-condensatore
a parita di termica, l'ammoniaca al posto dell aria, renderebbe MOLTO di piu'...
ed assomiglia MOLTO a quanto state discutendo qui sopra....

l'aria si espande SOLO il 4 per mille a grado!
oppure se preferisci: a 700°C = 1 Lt x3 = 3Lt

Originariamente inviata da HAMMURABY

si il motore a combustione interna, alimentato a gas rende il 33%
se recuperi il calore, arriva a > 50%
usando un ciclo sigillato ORC-rankine (cfc sailed) con evaporatore-e-condensatore

Sì, verissimo, ma non è un motore a combustione interna, è l'unione di due motori, uno a combustione interna ed uno a combustione esterna

quanto poi al fatto che assomigli molto a quello che stiamo discutendo...

si tratterebbe di un ciclo chiuso, con passaggio di stato da liquido a vapore

se ti sembra assomigliare ad un ciclo aperto senza passaggio di stato....

scusa, ma allora assomiglia anche ad una turbina pelton:
ciclo aperto senza passaggio di stato....

però c'è del vero in quello che dici

si potrebbe mettere lo scambiatore non tra aria ambiente e gas tra turbina e compressore, ma realizzare un ciclo brayton diretto:

1) aspirazione aria fredda e compressione
2) riscaldo aria con scambiatore sullo scarico del motore, perderemmo qualche grado, ma potrebbe valerne la pena
3) espansione in turbina
4) scarico aria esausta in atmosfera