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Motore termico "a ciclo combinato"


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Mi chiedevo se qualcuno abbia mai pensato (sicuramente si), di sfruttare il calore generato da un motore termico e quali sarebbero le sfide.

Il primo metodo che mi viene in mente è una piccola turbina a vapore, uno scambiatore acqua/acqua e il primario pressurizzato per consentire all'acqua di superare i 100 °C senza bollire.

Bisogna vedere se il motore con l'acqua di raffreddamento sopra i 100 °C riesce ancora a lavorare in condizioni ottimali, immagino che l'acqua pressurizzata rappresenti anche un problema in caso di incidente. Turbina accoppiata ad un generatore elettrico o anche direttamente alla trasmissione con un power split device.

 

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30 minuti fa, maxsona scrive:

Mi chiedevo se qualcuno abbia mai pensato (sicuramente si), di sfruttare il calore generato da un motore termico e quali sarebbero le sfide.

Il primo metodo che mi viene in mente è una piccola turbina a vapore, uno scambiatore acqua/acqua e il primario pressurizzato per consentire all'acqua di superare i 100 °C senza bollire.

Bisogna vedere se il motore con l'acqua di raffreddamento sopra i 100 °C riesce ancora a lavorare in condizioni ottimali, immagino che l'acqua pressurizzata rappresenti anche un problema in caso di incidente. Turbina accoppiata ad un generatore elettrico o anche direttamente alla trasmissione con un power split device.

 

I circuiti sono pressurizzati. 

Nei motori grossi, tipo i diesel navali, la turbina alimentata dall'acqua di raffreddamento dello scarico esiste già. 

Su un'auto sarebbe già più difficile. 

Archepensevoli spanciasentire Socing.

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BMW ci aveva lavorato fino ad una decina di anni fa, mettendo su strada anche alcuni prototipi utilizzando due sistemi differenti.

 

BMW Turbosteamer

 

turbosteamer3.jpg

 

turbosteamer4.jpg

 

 

BMW-Turbosteamer-2.jpg

 

 

Generava fino a 15 cavalli e 20Nm sfruttando i gas di scarico del 1.8 L4.

 

Il sistema recuperava fino al 80% del calore, aumentando il rendimento complessivo del 15%, l'aumento di peso era ipotizzato intorno ai 10/15 kg.

 

 

 

BMW TEG

 

L'altro sistema sfruttava l'effetto Seebeck trasformando direttamente il calore in energia elettrica.

 

Il prototipo del sistema montato su un X6 recuperava 800 W dai gas di scarico e in un progetto parallelo, 200W dal liquido di raffreddamento.

 

https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0119738EN/looking-for-the-next-gram

https://www.press.bmwgroup.com/global/article/detail/T0012212EN/more-efficiency-instead-of-power-loss:-bmw-group-research-and-engineering-is-using-combined-heat-and-power-in-a-car-for-the-first-timenhancing-efficiency-by-up-to-15-percent-feasible-1-5-litres-of-petrol-less-consumption-realistic-in-mid-range-car-basis:-the-principle-of-the-steam-engine

Edited by ISO-8707
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Il secondo me lo ricordo, praticamente una marea di celle peltier, (con quel che costano) per recuperare un cavallo e mezzo.... :-!

 

"Chi ti dà una serpe quando chiedi un pesce, può darsi abbia solo serpi da dare. La sua, dunque, è generosità."

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13 ore fa, maxsona scrive:

Mi chiedevo se qualcuno abbia mai pensato (sicuramente si), di sfruttare il calore generato da un motore termico e quali sarebbero le sfide.

Il primo metodo che mi viene in mente è una piccola turbina a vapore, uno scambiatore acqua/acqua e il primario pressurizzato per consentire all'acqua di superare i 100 °C senza bollire.

Bisogna vedere se il motore con l'acqua di raffreddamento sopra i 100 °C riesce ancora a lavorare in condizioni ottimali, immagino che l'acqua pressurizzata rappresenti anche un problema in caso di incidente. Turbina accoppiata ad un generatore elettrico o anche direttamente alla trasmissione con un power split device.

 

Dai ricordi del corso di termodinamica avanzata...

Il calore generato dal raffreddamento del motore viene smaltito invece che sfruttato perché, nonostante sia abbondante, è disponibile ad una temperatura relativamente bassa rispetto a quella dell'ambiente.

Ovvero è energia di scarsissima qualità, a bassa exergia.

 

Dal rendimento di Carnot, posto che l'acqua di raffreddamento sia a 100° e la temperatura ambiente 25°

eta = 1-(273+25)/(273+100) = 0.20

Anche avessimo a disposizione una macchina ideale, da 1 W termico a 100° otterremmo 0.2 W meccanici (l'exergia).

Una bella schifezza, e su un veicolo dovresti portarti dietro chili e chili di macchina termica dal rendimento molto inferiore.

 

E mentre ci intestardiamo a sfruttare questo pessimo flusso termico, tutta l'energia cinetica del veicolo (meccanica, 100% exergia) viene sprecata ad ogni frenata sui veicoli non dotati di frenata rigenerativa...

 

PS. Se ho scritto fregnacce mi scuso anticipatamente con i termodinamici che leggono, so che siete molto precisini :mrgreen:

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6 ore fa, ILM4rcio scrive:

Caspita, non sembrava affatto male, per caso ssi come mai non é stato implementato?

Il secondo sistema poteva generare poco più di un cavallo a fronte di qualche migliaio di euro di componenti, mi piacerebbe apporfondire il primo...

Edited by johnpollame
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1 ora fa, Merak scrive:

 

Dai ricordi del corso di termodinamica avanzata...

Il calore generato dal raffreddamento del motore viene smaltito invece che sfruttato perché, nonostante sia abbondante, è disponibile ad una temperatura relativamente bassa rispetto a quella dell'ambiente.

Ovvero è energia di scarsissima qualità, a bassa exergia.

 

Dal rendimento di Carnot, posto che l'acqua di raffreddamento sia a 100° e la temperatura ambiente 25°

eta = 1-(273+25)/(273+100) = 0.20

Anche avessimo a disposizione una macchina ideale, da 1 W termico a 100° otterremmo 0.2 W meccanici (l'exergia).

Una bella schifezza, e su un veicolo dovresti portarti dietro chili e chili di macchina termica dal rendimento molto inferiore.

 

E mentre ci intestardiamo a sfruttare questo pessimo flusso termico, tutta l'energia cinetica del veicolo (meccanica, 100% exergia) viene sprecata ad ogni frenata sui veicoli non dotati di frenata rigenerativa...

 

PS. Se ho scritto fregnacce mi scuso anticipatamente con i termodinamici che leggono, so che siete molto precisini :mrgreen:

 

Il rendimento non è 1 - (T1/T2)? hai inserito la temperatura di fusione del ghiaccio sommando K con °C ... mmmm ...

 

Il rendimento di una turbina a vapore non è una funzione di velocità e pressione del fluido usato?

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Sui diesel di certi camion, per esempio Scania, esiste un sistema chiamato turbo-compoound, che recupera l'energia cinetica residua dei gas di scarico e tramite degli ingranaggi  la trasmettono direttamente al cambio

 

LA smania di elettrificare a spazzato via molti  filoni di ricerca, che avrebbero potuto incrementare notevolmente i rendimenti dei motori a combustione, ma che purtroppo non vedremo mai applicati.

Basti pensare ai motori a combustione diesel-ciclo otto, che solo Mazda è riuscita a produrre in serie. Oppure penso ai motori a rapporto di compressione variabile (Nissan), o all'ulitilizzo di carburanti sintetici, o semi sintetici. Ai motori camless (koenisseg), ad innovativi sistemi di cmbustione a precamera (Maserati nettuno) e a chissà quanti altri progetti che rimarrano nel cassetto e non vedremi mai.

Edited by infallibile_GF
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Su alcuni motori aeronautici si iniettava acqua, o acqua mista ad alcool, dopo la combustione, che evaporando raffreddava ulteriormente i gas di scarico consentendo un'ulteriore espansione e recuperando altra energia. Mi pare che BMW di recente ha riproposto qualcosa del genere.

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