generatore di vapore pirolitico

[Skymaciola]

Salve a tutti,voglio presentarvi il mio nuovo super accrocchio!È un prototipo di un'organo fondamentale per tutti i cicli rankine a vapore,il generatore di vapore,che nel mio caso sfrutta la pirolisi della legna che sottoposta a temperature nell'ordine dei 300°c scinde in un gas combustibile che una volta unito all'aria nel giusto rapporto stechiometrico brucia creando una fiamma estremamente pulita,e questo mi permette di riscaldare direttamente il mio piccolo scambiatore,nelle dimensioni,ma dalla superficie totale di ben 10 m2 che altrimenti si intaserebbe di cenere dopo 2 minuti.Ho impiegato mesi per pensarlo e progettarlo,poche settimane per costruirlo,infatti come potete notare dal video è costituito prevalentemente da oggetti recupero...dopo tutto non potevo spendere soldi per qualcosa che non fossi certo potesse funzionare...Bene ora qualche dato:Il breve video riprende un momento della fase di riscaldamento dove hanno bruciato 2 kg di carbonella.Nei successivi 20 minuti sono stati inseriti 18 kg di legno di quercia stagionata.La temperatura di ingresso dell'acqua era circa 20 gradi.La pressione oscillava ciclicamente tra i 1,8 e i 2,3 Mpa
La portata media di ingresso era di 960 grammi di acqua al minuto,misurata con una bilancia di precisione per refrigeranti per condizionatori.La temperatura di uscita oscillava dai 300 ai 330 gradi centigradi.Pressioni e masse di uscita sono logicamente quelle di ingresso.Purtroppo come era sospettabile una parete che ingenuamente ho costruito di vetro temperato ha ceduto,e ho dovuto fermare il tutto che ancora la legna non era finita...Ah la temperatura dei gas di scarico era circa 200 gradi https://youtu.be/w58ykL7i7kU scusate la qualità del video,delle riprese,e anche del lato estetico dell'accrocchio....ma per l'appunto è uno schizzo

[innominato]

ciao Skymaciola

La pressione oscillava ciclicamente tra i 1,8 e i 2,3 Mpa

cioè tra 18 e 23 bar ?

cosa vuol dire oscillava ciclicamente ? come l'avete costruito sto benedetto generatore di vapore ( saturo secco? surriscaldato? ? è a tubi da fumo? a tubi d'acqua ? dove è lo schema (disegno progetto? ) dimensionamenti etc ... valvole di sicurezza?? livellostati di blocco ,pressotati di regolazione , pressotati di blocco ...etc etc etc etc dove sono ???

ocio che a lavorare così alla carlona si rischia grosso !!

saluti

Francy

[renatomeloni]

Ciao Skymaciola...

1,8 e i 2,3 Mpa

???? che roba è??? Forse intendevi 18-23 bar??
(1 MPa = 106 N/m² = 1 N/mm² = 10 bar ? 0,1 kgf/mm²)
Hai messo delle sicurezze all'ambaradan?? Occhio che li farsi molto male è un'attimo,he!!

Lo scopo finale del generatore qual'è??

Saluti

Edit: Azz...visto ora intervento di Francy....

[innominato]

ops ...Renato abbiamo scritto quasi in contemporanea

[Skymaciola]

Ho scritto la pressione in pascal perché il manometro usa quella che tra l'altro è del sistema internazionale e più rapida per i calcoli....l'unica sicurezza adottata è quella di testare in pressione (15 Mpa ) l'impianto a temperatura ambiente con argon...le pompe man mano che sale la pressione riducono la portata che arriva a 0 quando la pressione giunge a 4 Mpa e se sale addirittura torna indietro l'acqua!...non efficacissimo ma meglio di niente! ...risponderò anche alle altre domande appena ho tempo

[innominato]

scusami se con assoluta franchezza esprimo il mio dubbio ...da come scrivi ho il semplice dubbio che i generatori di vapore sono per te sconosciuti . ( per il semplice fatto che non consideri il rischio visto che non hai montato nessun sistema di sicurezza )

nel video si parla di 5 bar e non di 23 bar !!

l'unica sicurezza adottata è quella di testare in pressione (15 Mpa )

adesso parli addirittura di 150 bar ...hai testato quel generatore o quel che è , a 150 bar ???? ma sei sicuro? non è che la pressione sul manometro è in kPa ?

le pompe man mano che sale la pressione riducono la portata che arriva a 0 quando la pressione giunge a 4 Mpa

cioè a 40 bar ?? scusa nè ...ma nemmeno il ritegno sulla linea di alimentazione acqua avete messo ?

poi che pompa usi ' visto che arriva a 40 bar ?

...sai cosa può succedere ad un generatore di vapore se manca l'acqua in alimento ( o meglio se l'acqua scende sotto il livello minimo????

te lo dico io .

non efficacissimo ma meglio di niente!

NO... io direi pericolosissimo !!

[experimentator]

Dodici secondi di filmato ?

Ecceziunale veramente !!!

Voi ci avete capito qualcosa ?

Io no !

Sii più chiaro Sky , fai uno schema e forse possiamo capire qualcosa .

Innominato la risposta l'ha data

.Purtroppo come era sospettabile una parete che ingenuamente ho costruito di vetro temperato ha ceduto,e ho dovuto fermare il tutto ....

Fortunatamente ...

[innominato]

ciao Vincenzo

Fortunatamente ...

quoto

comunque dal video si capisce al volo che la pressione di uscita del vapore non è sicuramente 40 bar e nemmeno 20 .

[Skymaciola]

Dunque sono costretto a darvi ragione sulla pericolosita',tuttavia ho deciso di eseguire questo test per avere un'idea del dimensionamento di questo generatore,per capire cosa si poteva rompere e per capire se il giochetto della pirolisi poteva funzionare oppure no.ho raccolto dei dati che mi saranno utili per progettarne uno nuovo,fatto meglio e con le dovute sicurezze.
comunque tento di rispondere alle vostre domande.
la camera di pirolisi e' (era...) ermeticamente chiusa(una piccola valvola poteva immetere aria per aumentare la temperatura durante la fase di avvio) e posizionata nella parte alta della struttura con un volume di 32x45x40 cm.
all'interno vi e' la legna che a 300 gradi centigradi produce il gas combustibile.un tubo dalla sezione interna di 14 cm la mette in comunicazione con la camera di combustione che e' sottostante ad essa.all'ingresso della camera di combustione i gas si mescolavano con aria grazie ad un a serie di passaggi incrociati e poi una fiamma pilota a butano innesca la combustione. la combustione ha luogo all'interno di un cilindro di acciaio inox aisi 430 situato all'interno della camera di combustione.i gas caldi (non la fiamma viva) a questo punto entravano in contatto con lo scambiatore costituido da un tubo di rame a serpentina(ne fascio tubiero ne tubi di fumo) con alette in ferro.
lo scambiatore e' spezzato da una caldaia,nel senso che ci sono 9 m2 di scambiatore all'interno dei quali avviene il passaggio di stato ,poi il tubo entra in una caldaia dal volume di 0,6l in modo che gli eventuali eccessi di acqua non evaporata cadessero verso il fondo,mentre un tubo brasato nella parte alta preleva esclusivamente vapore il quale prosegue per un'altro metro quadro di scambiatore e poi esce dalla camera di combustione.
l'aspirazione,posta dopo gli scambiatori,e' controllata da una ventola movimentata da un motore universale alimentato a corrente alternata,la tensione e quindi la velocita' di rotazione sono regolate da un trasformatore variabile.l'aria aspirata da questa ventola entra in un tubo di alluminio dal diametro di 8 cm inserito coassialmente dentro un tubo dal diametro di 14 cm,questo collegato all'aspirazione di aria nel miscelatore di gas,in modo da recuperare parte dell'energia dei gas di scarico.
il test di tenuta dello scambiatore a e' stato effetuato collegandolo ad una bombola contenente inerti per saldatrici a filo (argon e anidride carbonica) alla pressione di 155 bar esattamente.
le pompe ,e qui mi autoderido, sono delle pompe da machina del caffe',capaci di 20 bar di p max.
collegandone 2 in serie la p max raddoppia e la portata a 20 bar e' accettabile.
3 coppie di pompe mi assicurano i 3 livelli di portata.
innominato,una delle prime cose che ho detto era che il video e' stato girato nelle fasi di avvio,quando non c'era la legna ma solo il carbone e la pressione era bassa e pure la temperatura.
le oscillazioni di pressione del vapore penso siano dovute al fatto che lo scambiatore fosse stato progettato male!
avrei mille altre cose da dire,appena riesco faccio un video con uno schema e provo a spiegarlo a parole!

[Skymaciola]

Sono 15 anni che non facevo un disegno e devo dire che non ho migliorato per niente! Spero che questo schizzo vi possa aiutare

[innominato]

ciao skymaciola

ok adesso mi è chiaro il suo funzionamento . è come un generatore di vapore del tipo "unitubolari" a produzione istantanea.

mi è chiaro anche il motivo dell'oscillazione pressoria. (infatti l'acqua che transita nella serpentina deve essere alimentata in quantità uguale ,a quella che ,per effetto del riscaldamento , viene trasformata in vapore !!. per avere una pressione + stabile , bisogna regolare la portata di acqua in ingresso ,che deve essere istantaneamente uguale a quella di uscita del vapore ( in peso). se dosi meno acqua ottieni un aumento pressorio anche repentino con produzione di vapore surriscaldato , se ne dosi di +, ottieni un abbassamento di pressione , con produzione di un vapore saturo a titolo molto basso ( saturo umido)

in un generatore di vapore classico( piccolo o grande volume d'acqua ) si ha un range di regolazione ,dato dal livello acqua in caldaia , quindi non è strettamente necessario che in quel dato momento i kg/h di acqua in alimento siano per forza uguali ai kg/h di vapore prodotto , ma è importante che la caldaia regoli tra un livello massimo ed un livello minimo in un determinato tempo .

ovviamente anche il bruciatore dovrà cambiare regolazione in base alla richiesta di vapore

sono ancora titubante sul discorso pressioni di esercizio

aggiunta : con il bruciatore messo in quel modo non sfrutti una buona parte dell'energia data dall'irraggiamento fiamma

che acqua usate ? sai che se usi acqua dura quella serpentina di rame si riempie di calcare in brevi periodi di esercizio

cordialmente

Francy

[Skymaciola]

ciao skymaciola ok adesso mi è chiaro il suo funzionamento . è come un generatore di vapore del tipo "unitubolari" a produzione istantanea.mi è chiaro anche il motivo dell'oscillazione pressoria. (infatti l'acqua che transita nella serpentina deve essere alimentata in quantità uguale ,a quella che ,per effetto del riscaldamento , viene trasformata in vapore !!. per avere una pressione + stabile , bisogna regolare la portata di acqua in ingresso ,che deve essere istantaneamente uguale a quella di uscita del vapore ( in peso). se dosi meno acqua ottieni un aumento pressorio anche repentino con produzione di vapore surriscaldato , se ne dosi di +, ottieni un abbassamento di pressione , con produzione di un vapore saturo a titolo molto basso ( saturo umido) in un generatore di vapore classico( piccolo o grande volume d'acqua ) si ha un range di regolazione ,dato dal livello acqua in caldaia , quindi non è strettamente necessario che in quel dato momento i kg/h di acqua in alimento siano per forza uguali ai kg/h di vapore prodotto , ma è importante che la caldaia regoli tra un livello massimo ed un livello minimo in un determinato tempo .ovviamente anche il bruciatore dovrà cambiare regolazione in base alla richiesta di vapore sono ancora titubante sul discorso pressioni di esercizio aggiunta : con il bruciatore messo in quel modo non sfrutti una buona parte dell'energia data dall'irraggiamento fiamma cordialmenteFrancy

Ciao innominato,inanzitutto grazie per l'attenzione e grazie per la utile risposta.Non capisco se la tua titubanza sulla pressione del vapore sia dovuta al fatto che pensi io abbia letto male il manometro oppure che io sia venuto su questo forum per raccontare barzellette,perché se così fosse sono disposto a rattopare quel marchingegno e rimetterlo in moto per dimostrare con un video fatto meglio che non mi sto sbagliando!Detto questo,penso anche io che un parte dell'energia con il bruciatore messo così possa andare perduta....ma considera che i tubi sono di rame e temevo potessero fondere a contatto con la fiamma viva....anche perché non sono a conoscenza della temperatura di fiamma...sai per caso come potrei calcolarla? L'oscillazione del vapore come già detto andava da un range di 18 a 23 bar,con la frequenza di circa un hertz,quindi molto rapidamente,troppo rapidamente e penso che sia un problema da risolvere.Inoltre a 20 bar e 310 gradi centigradi (valori medi) il vapore può essere solo che surriscaldato,infatti anche in uscita era trasparente,non visibile all'occhio.Hai ben capito che la massa di acqua in gioco dentro il generatore è poca,non come se ci fosse una caldaia,dunque penso che questo riduca almeno un po il pericolo!Per quanto alla regolazione della fiamma ho riscontrato esattamente ciò che hai detto,infatti variando la velocità della ventola riscontrato dopo pochi secondi una variazione soprattutto di temperatura ,ma anche di pressione del vapore.Saluti nico.

[Skymaciola]

che acqua usate ? sai che se usi acqua dura quella serpentina di rame si riempie di calcare in brevi periodi di eserciziocordialmenteFrancy

Acqua condensata da un grosso condizionatore industriale e poi filtrata

[innominato]

Inoltre a 20 bar e 310 gradi centigradi (valori medi) il vapore può essere solo che surriscaldato,infatti anche in uscita era trasparente,non visibile all'occhio.

che fosse trasparente in uscita non vuole significare che sia surriscaldato , anche il vapor saturo secco a 20 bar e 215°C in giornate di quel tipo non è visibile

l'importante è che le letture di temperatura-pressione del vapore in uscita siano corrette .

Detto questo,penso anche io che un parte dell'energia con il bruciatore messo così possa andare perduta....ma considera che i tubi sono di rame e temevo potessero fondere a contatto con la fiamma viva....anche perché non sono a conoscenza della temperatura di fiamma...sai per caso come potrei calcolarla?

era meglio in acciaio
intanto per nessun motivo in nessun generatore di vapore la fiamma lambisce le superficie metalliche ! la forma di fiamma deve essere regolata in base al tipo di combustibile ed al tipo di camera di combustione proprio per evitare che la fiamma lambisca le pareti metalliche, non perchè altrimenti fonderebbe , ma in quanto peggiora la combustione e promuove la formazione di incombusti .

poi ,molto prima di fondere, il rame o il ferro, si assiste al fenomeno del rammollimento , ad una determinata temperatura la struttura non sopporta + la pressione interna( che è elevata se parliamo di 20 kg su ogni cm2 di superficie ) si gonfia come un bublegum per poi esplodere

fino a che c'è acqua c'è speranza ,e la superficie non arriva alla temperatura di rammollimento, se il carico termico è stato giustamente dimensionato

la temperatura adiabatica di fiamma non è determinante , quel che importa è il "carico termico volumetrico ( misurato in Kcal/m3*h )" ed il "carico termico superficiale ( misurato in kcal/m2*h)" della camera di combustione .

Hai ben capito che la massa di acqua in gioco dentro il generatore è poca,non come se ci fosse una caldaia,dunque penso che questo riduca almeno un po il pericolo!

anche se a piccolo volume d'acqua il rischio io lo vedo eccome , proprio perchè mancano tutta una serie di sicurezze e regolazioni
...e sono troppe !!

[Skymaciola]

Bene innominato,grazie per le delucidazioni!Io per calcolare lo scambiatore avevo preso solo in considerazione la superficie dello scambiatore,i coefficienti di conducibilità termica dei materiali,la natura dei fluidi e avevo stimato la quantità di energia termica nell'unità di tempo (potenza) e la temperatura dei gas che lambiscono lo scambiatore...probabilmente ho commesso errori.Si sapevo anche io che la fiamma non deve lambire lo scambiatore altrimenti genera incrostazioni e genera incombusti,l'ho letto su un documento che parla del bruciatore a carbone che alimenta il generatore di vapore della centrale termoelettrica di Piacenza.Ad ogni modo mi stai dicendo di abbandonare il progetto perché troppo pericoloso?e che non ho modo di renderlo sicuro?

[innominato]

ad ogni modo mi stai dicendo di abbandonare il progetto perché troppo pericoloso?

assolutamente no .

[Skymaciola]

assolutamente no .

Molto bene allora! Ora che vi ho spiegato più o meno bene quello che è il generatore di vapore,vorrei anche spiegarvi come ho idea di utilizzarlo questo vapore,per avere un quadro generale della situazione:

https://www.energeticambiente.it/motori-combustione-esterna/14766956-ciclo-rankine-e-motore-rotativo-palette.htmlLa

pressione di 20 bar,relativamente alta,penso che sia necessaria perché la temperatura deve rimanere bassa per non danneggiare le palette di questi motori(vorrei provare a farle in teflon anche se ho seri dubbi sulla resistenza meccanica,se non tiene cambio materiale).Carnot ci insegna che il rendimento dipende dalle temperature,ma se io spartisco l'espansione adiabatca in due motori,e tra lo scarico di uno e l'aspirazione dell'altro risurriscaldo il vapore,dovrei mantenere Comunque un discreto rendimento,almeno a livello teorico,ecco perché i 20 bar di pressione....comunque bisogna sempre fare i conti con la realtà!

[experimentator]

Chiedo sky ed innominato , mi sembra che il ciclo proposto sia innaturale , cioè la caldaia 1 è posta in alto mentre il bruciatore 2 e la fiamma 3 è posta in basso .

E' solo questione del disegno o è realmente costruito cosi , per quale motivo ?

[Skymaciola]

Ciao zagami!È costruito proprio così come è disegnato,considera che c'è una ventola che aspira i gas combusti,la cosiddetta aria forzata,quindi sostanzialmente il bruciatore lo potrei mettere dove mi pare,anche a 2 metri di distanza dalla camera di pirolisi....tuttavia ho deciso di metterlo sotto alla legna in modo che parte del calore generato dal bruciatore,per convezione,possa riscaldare la legna ed il ciclo si autosostiene.
Ah,preciso,quanto ho costruito è frutto dei miei ragionamenti e calcoli,quindi è molto probabile ci siano errori costruttivi!

[mgc]

C'è qualche cosa che non capisco. Fino al singas è tutto ok, ma dopo perchè inventarsi uno scambiatore?

[Skymaciola]

Ciao mgc,ti riferisci allo scambiatore 6 o 8?

[mgc]

Al 6, l'otto mi e' simpatico.
Uno scambiatore è facile da trovare, così come è facile mettere in sicurezza il sistema. Quello che non capisco è : cosa te ne fai, dopo?

[Skymaciola]

All'interno dello scambiatore 6 avviene una trasformazione isobara,ovvero il passaggio di stato dell'acqua in vapore e successivo surriscaldamento di esso,il tutto a pressione costante.L'energia contenuta in questo vapore può essere in parte trasformata in lavoro meccanico da un motore/turbina.in sostanza ottengo un albero motore che ruota,al quale posso collegare un alternatore,una pompa,un compressore...oppure le ruote di un veicolo!

[mgc]

Bello.Tipo questo che ho sulla scrivania.

[experimentator]

Sky , io aspettavo qualche osservazione da parte di innominato che di caldaie ne dovrebbe capire .
Io ripeto non ne capisco , mi occupo di analisi biochimiche .
Ma dallo schema che hai postato mi lascia perplesso il passaggio tra 2 e 3 , la fiamma che si accende a rovescio in basso , mi sembra una cosa innaturale .
Non ho visto mai una caldaia con la fiamma che va verso il basso .
Se si guasta la ventola 4 che aspira l'aria cosa succede ? Può succedere un ritorno di fiamma verso il serbatoio 1 , con relativo scoppio , tranne che metti delle valvole di non ritorno ed una valvola di sfiato sul serbatoio 1.

Io metterei l'accensione della fiamma passata la curva dopo il punto 3.

Ma attendo conferme a queste mie osservazioni da persone competenti nella conduzione o costruzione di caldaie .

[mgc]

Stufe a fiamma rovescia, è il top per riscaldare a legna. Se va tutto male di spengono.

[Skymaciola]

Bello.Tipo questo che ho sulla scrivania.[ATTACH=CONFIG]55594[/ATTACH]

Si i concetti sono quelli!

Zagami La fiamma inversa è usata in molte caldaie per il riscaldamento! In teoria nel serbatoio legna è presente una quantità piccola di syngas SENZA comburente quindi non credo possa mai esplodere!...poi certo il parere di un'esperto è sempre la miglior cosa

[mgc]

Ora, visto che il motore a vapore ha efficienza bassa e che ha una certa valenza se puoi utilizzare il calore con legna a basso costo e la M.O. anche, come dovremmo considerare il tuo tentativo?
Non è che uno voglia stroncare progetti altrui, piace tanto anche a me il vapore, ma la domanda è una sola, hai un progetto di utilizzo delle energie? A me basta anche che tu mi dica: divertimento.

[Skymaciola]

Ora, visto che il motore a vapore ha efficienza bassa e che ha una certa valenza se puoi utilizzare il calore con legna a basso costo e la M.O. anche, come dovremmo considerare il tuo tentativo?Non è che uno voglia stroncare progetti altrui, piace tanto anche a me il vapore, ma la domanda è una sola, hai un progetto di utilizzo delle energie? A me basta anche che tu mi dica: divertimento.

Lo scopo del progetto è sicuramente il divertimento e l'approfondimento della materia,anche perché a livello amatoriale è molto difficile puntare più in alto! Tuttavia a riguardo di quello che hai detto,ovvero che il vapore ha un rendimento scarso...be questo non è mica vero!anzi usare il vapore come fluido di lavoro è uno dei metodi più usati ed efficienti che l'uomo conosca per trasformare il calore in lavoro meccanico.Per sfruttare efficientemente il vapore bisogna sfruttare tutta la conoscenza che questi 200 anni di termodinamica ci hanno fornito,non è un gioco da ragazzi ma nulla di impossibile.

[mgc]

E allora son d'accordo con te, però ricordiamoci che il miglior rendimento ottenuto da un motore a vapore è stato del 18% e non è il sistema più efficente, quindi, per trasformare l'energia.