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Turbina di Holzwarth - a volume costante

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  • Turbina di Holzwarth - a volume costante

    Che ne pensate di tale soluzione piuttosto datata, ma a mio avviso interessante viste le "nuove necessità" di generazione distribuita?

    La turbina di Holzwarth è una turbina che opera la "combustione" a volume costante (le normali turbogas operano a pressione costante). In teoria tale ciclo dovrebbe avere rendimenti termodinamici simili se non superiori al ciclo brayton, ma con il vantaggio di poter operare con modesti rapporti di compressione, di essere facilmente rigenerabile e adatto a combustione esterna... o a combustione interna di combustibili eterogenei.

  • #2
    Purtroppo la Turbina di Holzwart non ha nessuno dei vantaggi da te citati.
    Dal punto di vista ideale il suo ciclo termodinamico teorico, a pari rapporto di compressione, rende di più di un Brayton semplice.
    Ma dal punto di vista pratico è tutta un'altra storia. Perchè il Brayton si può rigenerare, mentre l'holzwart no.
    Questo ciclo infatti è adatto solamente a combustione interna, dove l'energia si genera all'interno del fluido stesso.
    Immagina di dover scambiare calore con una camera chiusa (riscaldamento a volume costante) e con il fluido fermo. Anche con la conduttività dell'elio non vai molto distante.
    Il ciclo holzwart è un ciclo OTTO.
    1) Compressione Adiabatica
    2) Riscaldamento a volume costante
    3) Espansione adiabatica
    4) ideale chiusura del ciclo a volume costante.

    Quindi sarebbe eseguibile su un macchina monocilindrica. Diciamo l'equivalente di un motore a combustione (benzina) con la testa riscaldata da un concetratore parabolico.
    Ma questa configurazione, è evidente, non può funzionare. Non in maniera semplice.
    Perlomeno nessuno c'è riuscito fino ad oggi.
    Nel campo della combustione interna il ciclo Brayton normale ha surclassato l'holzwart quasi dall'inizio. Anche come rendimento.
    Esiste un solo filone di sviluppo in cui si sta ancora studiando un concetto simile (comunque a combustione interna): il PDE (Pulse Detonation Engine).
    Ma qui siamo nel campo della propulsione aeronautica avanzata
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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    • #3
      ciao stranamore

      Effettivamente le mie elucubrazioni vengono da studi sui motori aeronautici.. I PDE li vedo un bel po' distanti da tale teoria.

      Tornando al discorso della turbina di holzwarth ... avresti del materiale da poter consultare?

      Secondo me tale ciclo sarebbe rigenerabile, il fluido è idealmente fermo in camera, ma in realtà si dovrà creare un certo moto per introdurre il fluido in camera. Il flusso freddo proveniente dal compressore centrifugo si può far passare in uno scambiatore di calore aria aria in controcorrente con i gas di scarico alla turbina, per poi essere immesso in camera già rigenerato, oppure creando uno scambiatore nel plenum a monte delle camere di combustione necessarie.
      Sarebbe un'idea così malsana?

      Effettivamente una volta chiusa la camera però si avrebbe un grosso problema di scambio termico fra fluido praticamente freddo e camera, anche ipotizzando una camera ad elevata superficie scambiante e flusso swirlato e ricircolato.

      La parte attiva di un tale ciclo effettivamente è paragonabile ad un ciclo otto, ma differirebbe sostanzialmente nella costruzione, nessun manovellismo e "libertà" di configurazione delle camere di combustione.

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      • #4
        Di materiale in giro proprio non ce n'è. Un riferimento puoi trovarlo mi pare nel Giacosa e su qualche vecchio, ma veramente vecchio, libro sulle turbine.
        Il problema è che se tu riscaldi il fluido, rigenerando, prima dell'ingresso nella camera a volume costante ne riduci la densità, e con essa la portata massica che il motore elabora. Con la portata riduci la potenza, e con la potenza spesso il rendimento.
        Rimangono inoltre tutti i problemi di accoppiamento di un asse turbina rotante a decine di migliaia di gir/min ed un sistema distribuzione che muove le valvole di ingresso scarico dalla camera che gira forzosamente molto più basso.
        Tieni comunque presente che anche nella versione a combustione interna sono macchine scomparse. Perchè nella pratica si riesce a fare meglio con le turbine ordinarie.
        Il PDE è una versione recente del concetto. Si cerca di far detonare il combustibile, in modo che la sua velocità di combustione sia tale da renderla istantanea o quasi. Questo perchè così si riesce a fare a meno delle valvole comandate pur avendo una combustione sostanzialmente isocora. La spinta diventa ad impulsi, ma molto molto efficiente.
        Pare che mitico aereo spia AURORA sia dotato di un tale impianto propulsivo. In ogni caso è oggetto di intensi studi. Perfino negli endoreattori ad uso spaziale.
        Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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        • #5
          Se serve ho trovato per caso questo sul Giacosa .Clicca sull'immagine per ingrandirla. 

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          • #6
            Clicca sull'immagine per ingrandirla. 

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            • #7
              Si, a livello concettuale lo schema è proprio quello.
              A livello pratico serve però tutto il meccanismo della distribuzione.
              Uno degli schemi del Giacosa è basato su valvole automatiche. Funziona (o funzionerebbe) come un pulsoreattore.
              La depressione creata dallo scarico dei gas fa aprire le valvole per risucchiare aria per il ciclo successivo.
              Nella realtà un tale schema funziona solo nel caso di combustione interna, che innalza la pressione in maniera molto veloce, e con rendimenti bassissimi. Non vi dico poi il rumore. Un pulsoreattore è tranquillamente in grado di superare i 120 dB.

              Sono comunque pensabili schemi (complessi) in grado di utilizzare il principio. Mi ci sono applicato anche io anni addietro.
              Ma è complicato e serve un multicilindro. Un esempio è il motore CAREN, sviluppato dall'Istituto Motori del CNR.
              Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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              • #8
                Non e completamente on topic, pero divertitevi.

                Pulse Jet Videos PulseJetEngines.com
                有人领会了,
                有人没有领会但是将要领会,
                也有人可能永远不会领会。

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