Ibrido turbogas

[Dodicicilindri]

Scritto da Regazzoni

Stasera mi rileggo un attimo, ma ho l'impressione che ci sia un piccolo equivoco da qualche parte.

L'ibrido seriale è quello in cui il motore che ricarica va a regime costante di massima efficienza, mentre il motore elettrico si occupa di spingere le ruote.
L'ibrido parallelo è quello in cui sia il motore termico che quello elettrico spingono insieme le ruote (anche uno solo alla volta, ma comunque possono spingerle entrambi).

La turbina a gas è più efficiente a regimi costanti (se di dimensioni adeguate), quindi andrebbe bene per l'ibrido seriale (trascurando il problema dimensioni).
Il motore volumetrico a pistoni è più flessibile, robusto e compatto ed è adatto, infatti sia all'ibrido parallelo che all'uso senza motore elettrico (diciamo da qualcosa più di un secolo )

Ho interpretato male io quello che avete scritto o ci sono effettivamente stati dei fraintendimenti?

No, hai interpretato bene. Ad ogni modo una turbina a gas da 100 kW non credo abbia rendimenti superiori a quelli di un motore alternativo, tutt'altro, tanto è vero che la GM per l'ibrido seriale utilizza un motore tradizionale come generatore (il 1.0 a 3 cil. oppure il 1.3 MJ).
Inoltre costi e rumorosità sono problemi evidenti per un uso automobilistico di una turbina a gas.
P.S.: non mi ero accorto che GTVeloce71 aveva scritto ibrido parallelo, mentre io ovviamente mi riferivo all'ibrido serie, e gli avevo portato anche l'esempio della Chevrolet Volt.
Per evitare confusioni:
ibrido parallelo


Ibrido serie:

[GTVeloce 71]

Ehm, no, io mi riferivo proprio all'ibrido seriale: quello in cui il motore termico dà solo energia all'alternatore, mentre la trazione è solo elettrica. Per questo mi ero posto il problema della turbina. Siccome nell'ibrido seriale il motore termico deve lavorare a regime costante (perché deve solo produrre corrente, in soldoni), pensavo che a regime costante una turbina a gas fosse più efficiente di un motore alternativo. Da quanto ho capito, secondo Dodicicilindri non è così, cioè anche a regime costante una turbina a gas non è vantaggiosa rispetto ad un motore alternativo. Non ho capito se Regazzoni è d'accordo o meno con questo.
Poi, per sgombrare il campo da equivoci, io qui non parlavo di ibiridi paralleli o comunque di quelli in cui il motore trasmette energia meccanica alle ruote. In quei casi immagino che il motore alternativo sia sempre preferibile alla turbina perché deve variare spesso e molto il regime di rotazione. Quindi, lì niente turbina, questo lo immaginavo anche io.
Spero di non aver fatto confusione

[Dodicicilindri]

Forse la confusione è nata da qui:

Scritto da J-Gian

Lo stanno facendo anche con il 1.3 M-Jet, nello schema "ibrido parallelo"

Scritto da Dodicicilindri

Esatto, montato sulla Opel Flextreme, progettata per i mercati europei, ma che condivide la base con la Volt:
Opel Flextreme - Wikipedia, the free encyclopedia

Vero, è stato J-gian a sbagliare. Ieri sera quando ho risposto al messaggio sono stato disattento e non mi sono accorto nè dell'errore, nè che non avevi postato tu. Scusami se erroneamente avevo attribuito a te il motivo della confusione.

[Dodicicilindri]

Scritto da GTVeloce 71

Ehm, no, io mi riferivo proprio all'ibrido seriale: quello in cui il motore termico dà solo energia all'alternatore, mentre la trazione è solo elettrica. Per questo mi ero posto il problema della turbina. Siccome nell'ibrido seriale il motore termico deve lavorare a regime costante (perché deve solo produrre corrente, in soldoni), pensavo che a regime costante una turbina a gas fosse più efficiente di un motore alternativo. Da quanto ho capito, secondo Dodicicilindri non è così, cioè anche a regime costante una turbina a gas non è vantaggiosa rispetto ad un motore alternativo. Non ho capito se Regazzoni è d'accordo o meno con questo.

Che io sappia, le cosiddette microturbine a gas (quelle di potenza nell'ordine del centinaio di kW, adatte a fungere da generatore nel caso di ibrido seriale) hanno rendimenti al punto di progetto (e quindi a regime costante al punto nominale) molto bassi (meno del 30%): ciò è dovuto al fatto che esse, per motivi di contenimento dei costi, utilizzano compressori non assiali multistadio (come le TG degli aerei), ma un compressore centrifugo monostadio: il rapporto di compressione massimo è quindi ridotto, la temperatura di uscita dal compressore anche e quindi i rendimenti sono abbastanza bassi.
Un motore alternativo diesel può superare rendimenti del 35% (con punte del 40) e quindi, dovendo utilizzare un motore come generatore, meglio uno convenzionale che una T.G.

[GTVeloce 71]

Scritto da Dodicicilindri

Forse la confusione è nata da qui:



Vero, è stato J-gian a sbagliare. Scusami se erroneamente avevo detto che eri stato tu.

Figurati, non c'è niente di cui scusarsi. Anzi, grazie delle risposte. Se ho capito bene, tu comunque ritieni non conveniente la turbina anche per i seriali, a regimi costanti. Non ho capito se Regazzoni è d'accordo. Comunque, materia interessante.

[GTVeloce 71]

Scritto da Dodicicilindri

Che io sappia, le cosiddette microturbine a gas (quelle di potenza nell'ordine del centinaio di kW, adatte a fungere da generatore nel caso di ibrido seriale) hanno rendimenti al punto di progetto (e quindi a regime costante al punto nominale) molto bassi (meno del 30%): ciò è dovuto al fatto che esse, per motivi di contenimento dei costi, utilizzano compressori non assiali multistadio (come le TG degli aerei), ma un compressore centrifugo monostadio: il rapporto di compressione massimo è quindi ridotto, la temperatura di uscita dal compressore anche e quindi i rendimenti sono abbastanza bassi.
Un motore alternativo diesel può superare rendimenti del 35% (con punte del 40) e quindi, dovendo utilizzare un motore come generatore, meglio uno convenzionale che una T.G.

Uhm... il compressore serve a recuperare il calore generato dalla turbina?

[EC2277]

No è la turbina azionante il compressore che serve a recuperare energia dai gas di scarico. Ora è un poco complicato spiegare perché questo recupero d'energia abbia come conseguenza anche un abbassamento della temperatura dei gas di scarico. Però, tanto per farti un'idea, tieni presente che il calore (o energia termica) è solo un'altra forma di energia al pari di quella chimica contenuta nella benzina che deve bruciare, di quella meccanica, di quella nucleare e di quella elettrica percui, se tolgo energia ai gas di scarico, questi subiscono un abbassamento di temperatura.
Analogamente il compressore, comprimendo l'aria aspirata, le fornisce energia facendone aumentare la temperatura; per questo servono gli intercooler.

[Regazzoni]

Scritto da GTVeloce 71

... pensavo che a regime costante una turbina a gas fosse più efficiente di un motore alternativo. Da quanto ho capito, secondo Dodicicilindri non è così, cioè anche a regime costante una turbina a gas non è vantaggiosa rispetto ad un motore alternativo. Non ho capito se Regazzoni è d'accordo o meno con questo.

E' tutto un problema di dimensioni.
Una turbina a gas riesce ad avere rendimenti altissimi, ma solo salendo di dimensioni. Non so esattamente quale potrebbe essere un punto di pareggio tra volumetrico e turbina, ma immagino sia qualcosa di dimensioni e pesi poco proponibili su una vettura.

In più credo che una turbina sufficientemente robusta per l'uso su strada sia anche meno ottimizzata in termini di efficienza.

Aggiungendo i problemi vari citati da Dodicicilindri, si ottiene uno scarso interesse a mettere una turbina su un auto per ridurne i consumi.

In più sarei curioso di vedere gli effetti giroscopici di una turbina lanciata a regimi elevati su un auto che affronta qualche curva.

[Dodicicilindri]

Scritto da GTVeloce 71

Uhm... il compressore serve a recuperare il calore generato dalla turbina?

No. Quando si comprime un gas, la sua temperatura aumenta. E' facile vederlo: prova a toccare il gonfiatore dopo che hai gonfiato le ruote della bicicletta: vedrai che è caldo. Ora, maggiore è il rapporto di compressione, più il gas si riscalda. Ad es, se comprimiamo l'aria a temperatura ambiente da 1 bar a 3 bar, al termine della compressione essa avrà una certa temperatura maggiore di quella ambiente; se la comprimiamo invece fino a 5 bar, la temperatura di fine compressione sarà ancorra più alta.
Ora, i compressori centrifughi monostadio realizzano bassi rapporti di compressione (intorno a 2,5-3), mentre quelli assiali multistadio possono spingersi molto più su. E' quindi evidente che all'uscita del compressore centrifugo l'aria avrà una temperatura (ad es. 300°C) più bassa di quella che avrebbe all'uscita da un compressore multistadio (ad es. 500°C).
A parità di combustibile iniettato in camera di combustione, quindi, i gas combusti raggiungeranno una temperatura più bassa di quella che raggiungerebbero comprimendo l'aria con compressore multistadio. Quindi, minor temperatura significa minor entalpia nei gas e quindi meno lavoro; oppure, per raggiungere le stesse temperature del caso in cui si ha il compressore multistadio, bisogna usare più combustibile e quindi scende il rendimento.
Spero di essere stato chiaro in questa confusissima spiegazione.

[GTVeloce 71]

Scritto da EC2277

No è la turbina azionante il compressore che serve a recuperare energia dai gas di scarico. Ora è un poco complicato spiegare perché questo recupero d'energia abbia come conseguenza anche un abbassamento della temperatura dei gas di scarico. Però, tanto per farti un'idea, tieni presente che il calore (o energia termica) è solo un'altra forma di energia al pari di quella chimica contenuta nella benzina che deve bruciare, di quella meccanica, di quella nucleare e di quella elettrica percui, se tolgo energia ai gas di scarico, questi subiscono un abbassamento di temperatura.

Non parlavo del turbocompressore per sovralimentare un motore alternativo, ma di una turbina a gas, alimentata direttamente con il combustibile, e la cui energia meccanica serve non ad un compressore per aumentare la pressione di un fluido, ma direttamente per far girare un alterantore. Tutto questo per un veicolo ibrido seriale, in cui l'alternatore in questione alimenta batterie e/o motore elettrico. Che roba eh?