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Discussione: Kit per trasformare un motore a combustione interna in combustione interna ed esterna allo stesso tempo

  1. #1
    Appassionato/a

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    Predefinito Kit per trasformare un motore a combustione interna in combustione interna ed esterna allo stesso tempo



    innanzitutto, volevo precisare una cosa, cioè che io ho la fissa per il recupero della termica post-combustione delle macchine a combustione interna, soprattutto per quella dei “reciprocating engine” (motori a pistoni) di tutti i giorni, perchè questa energia dispersa è molta di più che non in una turbina a gas; nei motori a ciclo otto più poveri di tecnologia, questo valore può raggiungere anche oltre il triplo dell'efficienza utile (!!).


    o almeno, persone e libri mi dicono così, cioè che per ogni tot Kcal di benzina:


    1-il 20% vanno in efficienza utile all'albero.


    2-il 10% in attriti ed inerzie dei componenti in movimento del motore, e in alimentazione dei servizi ausiliari del motore stesso (pompe, alternatore, ecc.)


    3-il 30-35% di Kcal fuoriescono dal radiatore frontale, ed è oltre il 300% dell'efficienza utile del punto 1 (!!)... perciò, recuperandone anche solo 1/3, cioè il 20-23%, avremmo cmq un raddoppio dell'efficienza utile finale.


    4-e un altro 30-35% esce dallo scarico come calore dei gas esausti... un altro 300% e passa dell'efficienza reale utile...


    perciò abbiamo un 60-70% di calore che lascia la nostra macchina a combustione senza aver prodotto lavoro utile...


    In un diesel stradale moderno, molto efficiente, il primo valore puo' raggiungere il 30%, a discapito dei valori del punto 2 e soprattutto 3 e 4, e se addirittura parliamo di 2 tempi lenti a regime fisso, come i sulzer navali (che sono usciti di produzione), le perdite per attrito e inerzie sono dimezzate, e l'efficienza è addirittura attorno al 40%... che poi diventa 50%, perchè gli scarichi alimentano un ciclo rankine (turbina a vapore)... perciò, qui abbiamo già la cogenerazione, e 50% di efficienza utile complessiva dei 2 cicli diesel+rankine, e tutto quello che si poteva recuperare è stato recuperato...


    Veniamo alla mia idea: la mia "invenzione" è per tutti i motori a ciclo otto o diesel, a patto che:


    -siano raffreddati ad acqua


    -non siano già abbinati a cogenerazione (ma il mio sistema, entro in certi casi, può anche convivere con la cogenerazione, a patto che non si rubino Kcal a vicenza).


    perciò adattabile a motori di auto, autotreni, corriere, mezzi pubblici, mezzi movimento terra, piccoli pescherecci o yacht privati... oppure, motori diesel o gas per powerplants (gruppi elettrogeni)... però non abbinati a cogenerazione, come certi motori a pistoni a gas o nafta che ho visto, che alimentano la palazzina o ospedale che hanno sopra sia di Kwh elettrici, che di Kcal termiche per il riscaldamento e acqua sanitaria, ovviamente tramite calore di recupero.


    Il mio sistema è molto semplice, e non comporta modifiche estreme al motore già esistente così come è uscito di fabbrica, visto che ormai sono tutti raffreddati ad acqua, le componenti per modificarlo sono tutte esistenti già in commercio, e le pressioni e temperature raggiunte non saranno mai estreme o proibitive.


    Un motore a ciclo otto o diesel ha un circolo chiuso di raffreddamento: l'acqua viene pompata nel basamento ad una data temperatura, lo percorre tutto nelle sue cavità, raffreddandolo, assorbendo Kcal e perciò aumentando la sua temperatura, poi esce, va al radiatore, dove disperde il nostro 30-35% di calore del punto 3 di inizio discussione, e poi torna alla pompa, che la re-immetterà di nuovo in circolo...


    Il mio sistema prevede di rimuovere completamente gli accessori del sistema di raffreddamento di serie: tubazioni, pompa, radiatore, valvole e sensori di temperatura... presumo rimarremo con 2 manicotti filettati che portano ad entrare e uscire dal basamento: sul primo collego un compressore, che mi pompa dentro il motore aria compressa prelevata dall'ambiente esterno (da -15 a 35 °C) ad una determinata pressione e portata (anche 100-150-200 bar, che penso il basamento reggerebbe), e sul secondo, quello di uscita, collego uno stantuffo con manovella tipo treno a vapore, un “utilizzatore” dell'aria compressa ad alta temperatura e pressione che uscirà dal circuito di raffreddamento del mio motore: in questa maniera ho trasformato il circuito di raffreddamento del basamento nella caldaia di un motore a combustione esterno... perciò, allo stesso tempo il mio motore diventa a combustione interna ed esterna!


    Come installare e realizzare il tutto?


    Bhe, il compressore d'aria potrebbe benissimo essere un normale compressore meccanico da commercio, a vite o a lobi, simile a quello dei tuner, e installato alla stessa maniera (disteso coassialmente sopra il motore, viene messo in rotazione da una cinghia dentata collegata normale ad un albero a camme, raramente all'albero motore)... solo che non pompa aria compressa nei condotti di aspirazione, per alimentare il motore a ICE, ma nell'ex circuito di raffreddamento del motore, la caldaia del mio motore ECE... poi, mentre un compressore meccanico x uso automotive lavora a 1-2 bar, questo mi sa che dovrebbe lavorare a pressioni maggiori, per garantire un'adeguata pressione di aria ai condotti di raffreddamento, ma a portata inferiore...
    L'utilizzatore, sarebbe un comunissimo stantuffo (non mi viene in mente maniera più economica ed efficace nel trasformare l'aria compressa calda in lavoro utile), collegato nella stessa maniera del compressore, cioè con una cinghia dentata che fa presa su un albero a camme coassiale, dotato di una breve prolunghetta con ruota dentata...
    Per alimentare o meno lo stantuffo di aria in pressione e temperatura, metterei una valvola a farfalla gestita da una centralina, in maniera da dispensare il supplemento di lavoro utile raggiunto dal mio motore ECE non a random, ma rilasciando i cv supplementari in modo costante e impercettibile per il guidatore, controllando l'apertura della farfalla gradualmente, per procurare quasi la sensazione di percorrere una leggera discesa, e permettendo di mantenere costanti entro certi limiti pure i valori di pressione e temperatura all'interno del basamento, o “caldaia”... il tutto, per forza di cose dovrebbe essere gestito da una centralina.
    pensate, su un tir, che fa il 95% dei suoi km a velocità costante, sarebbe utilissimo.
    Aggiungo che il moto rotatorio dello stantuffo deve forzatamente passare per una ruota folle, in maniera che altrimenti lo stesso non venga trascinato dal motore, a freddo, creando attrito e dispersione di energia inutilmente.
    Addirittura, per voler recuperare una dose non trascurabile di kcal in più, altrimenti andate disperse, creerei una sottile intercapedine attorno alla parte iniziale dei condotti di scarico (entro il vano motore), e la terrei in comunicazione con la cavità del basamento, creando un unico bacino in pressione: in questa maniera, avrei molto più calore gratis a disposizione, per aumentare l'entalpia nella caldaia del mio motore a combustione esterna.
    Oppure, si potrebbe direttamente far passare i gas di scarico a 5-600 °C per uno scambiatore supplementare, dove c'è un lato scarico, e un lato che comunica con la mia caldaia... ma qui stiamo complicando un po' troppo per una modifica aftermarket...
    L'ideale per perfezionare del tutto la macchina, sarebbe ricoprire con resina ceramica a spruzzo (esiste) tale porzione di condotti di scarico, e pure il basamento del motore, e il condotto che porta all'utilizzatore... così, ogni Kcal rimane dentro la caldaia, ed esce solo sotto forma di lavoro utile al mio stantuffo...


    ma il massimo del massimo, sarebbe progettare da zero un basamento per un nuovo motore a combustione, apposta per funzionare così, cioè sia come ICE che ECE, con tutti i calcoli spessore del caso, prelevando maggiore energia dalla combustione, e magari con integrato un ricircolo e scambio di calore dai gas di scarico.


    Che ne pensate?
    Con quale efficienza recupererei ulteriore lavoro utile?
    Di quanto sarebbe l'efficienza finale totale?
    A differenza del Pantone, questo non mi corrode le camicie, fascie elastiche e valvole con il vapore a centinaia di gradi.
    Ultima modifica di Lasko; 05-11-2009 a 19:44

  2. #2
    Appassionato/a

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    altra ulteriore pensata: e se io addirittura integrassi il mio sistema al Runwise Parker/Bosch Rexton??

    Avete presente, quel sistema di recupero di energia cinetica della frenata sotto forma di aria compressa, stoccata in bombole?

    Esiste davvero anche nella realtà, è prodotto dalla Eaton, e lo montano circa 500 furgoni americani delle consegne della Ups:


    http://thefraserdomain.typepad.com/photos/uncategorized/ups_hydralic_1.jpg


    intendo, pompare l'aria compressa della frenata non nelle bombole di stoccaggio a temperatura costante, e poi utilizzarla a pressione ambiente, ma immetterla nella mia caldaia, dove aumenterà di temperatura e pressione, sommando entalpia ad entalpia... ??

  3. #3
    Seguace

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    L'idea di recuperare i lcalore di raffreddamento del motore per fare altra energia mi pare che stia in piedi. E' tutto calore perduto.
    Il fatto è che il motore deve essere RAFFREDDATO, e il fluido che passa nella camicia non può superare una certa temperatura se no il motore fonde.
    Visto che in origine il motore è raffreddato ad acqua, che ha un coefficiente di scambio termico molto alto, io non la sostituirei con aria che non riuscirebbe a raffreddare abbastanza (basso coefficiente di scambio). Si potrebbe usare dell'acqua bollente a pressione relativamente bassa, diciamo un paio di bar che corrispondono a 120°; fin lì credo che ci si possa arrivare senza danneggiare il motore (ma con un motore progettato apposta si potrebbe salire di più).
    Allora si potrebbe usare il calore per produrre vapore a 120° e 2 bar, che fatto espandere in turbina e condensato sotto vuoto a, diciamo, 1/10 di bar e 50°, potrebbe dare un altro po' di energia.
    Questo significa mettere in piedi una piccola centrale a vapore, con tanto di condensatore del vapore, pompa per il vuoto (per gli incondensabili), pompa di circolazione dell'acqua, turbina o motore a pistoni, generatore di corrente o accoppiamento alla trasmissione. Insomma una certa complicazione.
    Se il calore disperso nel circuito di raffreddamento è il 30% del totale e se viene sfruttato per fare energia col 10% di efficienza (non mi aspetto di più per un salto di temperature così basso, da 120° a 50°) sarebbe sempre un altro 3% di energia spremuta fuori dal carburante, diciamo 1-2 CV o se vogliamo un taglio del 10% nei consumi.
    Ci giurerei che qualcuno ha già brevettato l'idea, ma comunque provaci.

  4. #4
    Appassionato/a

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    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    Il fatto è che il motore deve essere RAFFREDDATO, e il fluido che passa nella camicia non può superare una certa temperatura se no il motore fonde.
    Visto che in origine il motore è raffreddato ad acqua, che ha un coefficiente di scambio termico molto alto, io non la sostituirei con aria che non riuscirebbe a raffreddare abbastanza (basso coefficiente di scambio).
    ma se io faccio passare per i condotti del basamento una grande portata di aria a temperatura ambiente, e ad una certa pressione, non posso raggiungere un effetto raffrescante PARI* a quello del circuito ad acqua glicolica??

    *nè più raffrescante (perdita di entalpia e PME nella camera dell'ICE) nè meno (surriscaldamento e deformazioni del basamento)?

    l'importante è che asporti tante Kcal dal basamento quante ne asportava il sistema originario a liquido: solo così sono sicuro che il mio motore funzionerà inalterato.

    posso anche lavorare a temperature superiori ai 90 °C dell'acqua glicolica... l'importante è che aumenti la portata, per equivalente raffrescamento.

    ad una certa portata di acqua in circolo attorno ai 90 °C, corrisponde una data portata di aria a temperatura ambiente... meglio se d'inverno... poi, potrei anche usare un intercooler, prima di pompare l'aria nel basamento... una volta i motori erano tutti raffreddati ad aria... vedo che quelli di oggi hanno condotti belli larghi attorno ai cilindri, e alcuni addirittura camicie a bagno...

    qui servirebbero 2 calcoletti...
    Ultima modifica di Lasko; 06-11-2009 a 07:41

  5. #5
    Seguace

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    No, il coefficiente di scambio termico dell'aria (calore/deltat) è 100 volte minore di quello dell'acqua o di un altro liquido. Non ce la puoi fare.
    Ma si può sostituire l'acqua con un liquido a punto di ebollizione più basso di 50° in modo da fare svolgere tutto il ciclo di evaporazione /espansione / condensazione in pressione, il che facilita tutto.

  6. #6
    Appassionato/a

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    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    No, il coefficiente di scambio termico dell'aria (calore/deltat) è 100 volte minore di quello dell'acqua o di un altro liquido. Non ce la puoi fare.
    Ma si può sostituire l'acqua con un liquido a punto di ebollizione più basso di 50° in modo da fare svolgere tutto il ciclo di evaporazione /espansione / condensazione in pressione, il che facilita tutto.
    in pratica, mi stai dicendo che converrebbe usare un normale ciclo chiuso a condensazione... cioè la normale cogenerazione con ciclo rankine, che esiste da secoli... solo con un liquido diverso dall'acqua, che vaporizzi entro le normali temperature del sistema di raffreddamento del motore... non avrei inventato nulla... e cmq mi darebbe un supplemento di lavoro utile misero, a costo di complicare tutto il motore di una serie di organi non certo economici... anche se ho sentito che qualche costruttore di auto (bmw?) pare stia facendo degli studi di fattibilità sull'abbinare al ciclo otto/diesel un ORC...

  7. #7
    Seguace

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    Sì è così. Niente ciclo Rankine ? Allora sostituiamo la camicia di raffreddamento ad acqua con una camicia Peltier e facciamo subito l'elettricità.
    Però attento, c'è un limite all'energia che si produce. Un ciclo di Carnot fra 120 e 20° avrebbe un'efficienza (120-20)/(120+273)=25.4% e visto che il calore disperso è il 30% del calore del carburante, il rendimento del motore potrebbe aumentare teoricamente di non più dell'8.5 %, con qualunque dispositivo. Con un Peltier che ha un rendimento minore del'10% resterebbero solo delle briciole.

    Meglio allora fare espandere in turbina i gas di scarico caldi e in pressione. Già fatto.

    O fare i motori in ceramica in modo da non avere bisogno di essere raffreddati. Niente calore disperso, rendimento aumentato.

  8. #8
    Appassionato/a

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    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    Allora sostituiamo la camicia di raffreddamento ad acqua con una camicia Peltier e facciamo subito l'elettricità.
    non sapevo esistessero queste "camicie peltier"... ma vanno a sostituire proprio le canne dei cilindri??

    cmq c'è questo sito:

    Power Chips plc - About

    dicono di aver inventato dei chip nanotech che sfruttano il principio delle termocoppie per ottenere elettricità direttamente dal calore, e dichiarano un'efficienza dell'80% di questi chip... peccato che la loro sede sia a gibilterra... questi che hanno le invenzioni del secolo, chissà come mai hanno sempre sede in posti strani... altri che dichiarano di avere una tecnologia simile, addirittura con fonte di calore l'ambiente, hanno sede alle hawai, e il loro sito non è aggiornato dal 2005 (???)...

    guarda, c'è pure il calcolatore di potenza, immettendo le 2 temperature:

    Power Chips(tm) Carnot Efficiency Calculator

  9. #9
    Seguace

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    Bè il calcolatore di Carnot fa lo stesso conto che ho fatto io: 1-T1/T2, non ci vuole molto (le T sono in gradi Kelvin naturalmente). Ma quello è solo il limite, i sistemi pratici danno molto meno. Non ci credo a un'efficienza dell'80%. Teoricamente (cioè secondo Carnot) si arriverebbe all'80% avendo da un lato 2000° e dall'altro la temperatura ambiente, ma ad oggi nessuno è mai arrivato a quei valori, perchè l'efficienza di un ciclo di Carnot è irraggiungibile, anzi è molto lontana.

    PS. Quando parlavo di camicie Peltier intendevo un cilindro con incorporate delle termocoppie che sfruttano la differenza di temperatura fra la camera di scoppio e la camicia d'acqua di raffreddamento. Come mai nessuno ci ha pensato ? Probabilmente perchè se ne caverebbe troppo poco per meritare la spesa.

  10. #10
    amir
    Ospite

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    Quote Originariamente inviata da Stregatto Visualizza il messaggio
    ... il calcolatore di Carnot ....
    Teorema di Carnot sulla termodinamica si applica a macchine termiche, le termocoppie sono macchine termiche?

    E poi in:
    Power Chips plc - About
    avrebbero bisogno di un revisore scientifico (o almeno di un correttore di bozze):
    "two electrodes separated by only a few nanometers, or millionths of a meter"

    mentre secondo wikipedia il prefisso "nano" sta per "miliardesimo":
    10−9nanonMiliardesimo0,000 000 001


    se tutto il resto è scritto con la stessa accuratezza...l' attendibilità ne soffre

    amir shah

  11. #11
    Monumento

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    hai pensato al rendimento che avrebbe un compressore del genere, e alla temperatura a cui farebbe arrivare l'aria?
    a occhio e croce non riesci neanche ad autoamantere il sistema, figuriamoci produrre energia

    l'idea più sensata è abbinare ad un motore un ciclo ORC o stirling (parlando sempre di grossi diesel, non automobilistici), ma il fatto che nessuno lo faccia, o sia in via sperimentale, mi fa credere che la spesa non valga l'impresa

    ciao

  12. #12
    Seguace

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    Quote Originariamente inviata da amir Visualizza il messaggio
    Teorema di Carnot sulla termodinamica si applica a macchine termiche, le termocoppie sono macchine termiche?
    Non importa. Il rendimento di un ciclo di Carnot è il massimo teoricamente realizzabile da qualunque sistema che funzioni fra due temperature T1 e T2.

  13. #13
    Seguace

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    Esiste anche la possibilità di usare l'energia dei gas per gassificare il carburante
    riciclando l'energia all'interno del sistema

  14. RAD

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