03-21-2016, 09:45 AM
Interesantna diskusija o motorima. Rado se priključujem sa par dopuna Jevremovog i Macolinog priloga.
Suština toplotnih motora je pretvaranje toplotne energije sadržane u gorivu u mehanički rad, zašta je potreban tzv. desnokretni kružni proces u kome se radna materija (gas) stalno kreće izmedju dva temperaturska nivoa, odn. izvora i ponora toplote. Termodinamika kaže da je 100-procentno pretvaranje toplote u rad ovim putem nemoguće, jer radna materija u svakom ciklusu mora deo svoje unutrašnje energije da preda nekom toplotnom ponoru (okolini).
Toplotni, odn. termodinamički stepen korisnosti je broj koji definiše koliko se od unete toplote pretvara u mehanički rad i on zavisi samo od odnosa temperatura. Najveći stepen korisnosti ima tzv. Karnoov ciklus (francuski inženjer Sadie Carnot) i njega nije moguće prevazići. Na primer, za temperaturu izvora (sagorevanje) od 1500K i ponora (okolina) od 300K, Karnoov stepen korisnosti je (1 - 300/1500) = 0,67, odn 67% i to je granica za sve cikluse koji rade izmedju tih dveju temperatura. Dizelov i Otov ciklus imaju niži teorijski stepen korisnosti od Karnoovog, dok ovaj poslednji nije ostvariv u praksi.
Najefikasnija toplotna mašina današnjice je sporohodni (80 do 130 o/min) dvotaktni Dizel motor, sa stepenom korisnosti od 55%. Takvi motori se koriste za pogon brodova i proizvodnju el. energije u stacionarnim elektranama, a trenutno najjači je 14-cilindarski Wärtsilä RT96c sa 88000kW na jednom kontejnerskom brodu. Motor ima forsiranu indukciju (punjenje cilindara vazduhom) sa 4 bar, ostvarenu turbopunjačima ABB. Količina vazduha u cilindru odgovara dvostrukoj stohiometrijskoj jer u Dizel motorima nije moguće ostvariti sagorevanje sa minimalnom količinom vazduha.
Gasne turbine za proizvodnju el. energije dostižu ovaj nivo stepena korisnosti tek uz dodatne mere iskorišćenja otpadne toplote.
Veliki četvorotaktni Dizel motori imaju stepen korisnosti do 48%, sa tendencijom blagog povećanja.
Za ilustraciju, dobra termoelektrana na ugalj ima stepen korisnosti ispod 40%, a nuklearna još manje.
Pri datoj temperaturi okoline, granica povećanja stepena korisnosti MSUS (motora sa unutrašnjim sagorevanjem) odredjena je temperaturom sagorevanja, a ova izdržljivošću materijala cilindra i klipa. Dodatno ograničenje je proizvodnja azotnih oksida (NOx), koja je direktno zavisna od max. temperature u cilindru i danas predstavlja suštinsko ograničenje za povećanje stepena korisnosti motora. Izlaz se traži u primeni tzv. Milerovog ciklusa, recirkulaciji izduvnih gasova i pasivnim merama na izduvu motora (katalizator, ubrizgavanje ureje, itd.).
Milerov ciklus se zasniva na indukciji cilindra visokim pritiskom (trenutno oko 7-8 bar) i zatvaranjem usisnog ventila znatno pre donje mrtve tačke. Dodatnom ekspanzijom u cilindru snižava se temperatura vazduha na početku hoda kompresije čak i do nule, a time i max. temperatura u cilindru, čime se smanjuje emisija NOx.
Druga mera je ubacivanje dela izduvnih gasova u cilindar (recirkulacija), čime se povećava udeo inertnih gasova (CO2, N2) u smeši i tako smanjuje max. temperatura. Većina modernih Dizel motora za vozila već koristi ovu meru, a postoje i motori koji kombinuju obe pethodne metode.
Treba još reći da danas praktično nema Dizel motora koji usisavaju vazduh - svi su opremljeni sa turbopunjačima koji koriste otpadnu energiju sadržanu u izduvnim gasovima. Medjutim, glavni efekat turbopunjenja je povećanje litarske snage motora, a ne stepena korisnosti. Na primer, Dizel motor sa stepenom nadpunjenja od 4 (pritisak na ulazu u cilindar od 4 bar) ostvaruje četiri puta veću snagu pri istom gabaritu jer je u cilindar moguće ubrizgati četiri puta više goriva.
Benzinski motori sa turbo punjenjem i direktnim ubrizgavanjem benzina u cilindar su danas glavni pravac razvoja Otovog ciklusa. Ta tehnologija je bila poznata još pre II svetskog rata i bila je primenjena na velikom broju avionskih motora visoke specifične snage, a najviše kod Nemaca (Mercedesov linijski i BMW-ov zvezdasti motor).
Benzinski automobilski motori sa direktnim ubrizgavanjem već su se po stepenu korisnosti približili odg. Dizel motorima, a sa njima dele i jednu ozbiljnu manu - emisiju čestica čađi, pa se uvodjenje filtera za čestice smatra neminovnim.
Dodatni efekat kod motora ovoga tipa za vozila je postizanje punog obrtnog momenta već na 1300 do 1500 o/min, što je važno za ubrzanje i potrošnju goriva. Inače, manje je poznato da je max. snaga automobilskog motora od značaja tek na najvećim brzinama, a njih je moguće razviti samo na nemačkim autoputevima.
O korišćenju H2 kao motorskog goriva se razmišljalo 90-tih godina. Ideja je bila da se za dobijanje H2 koriste velike noćne rezerve el. energije iz hidroelektrana u Kanadi, pri čemu bi se dobijeni H2 u gasnom stanju velikim tankerima transportovao u Evropu. Računalo se sa pritiskom od nekih 700 bar u tankovima, a za to su potrebni posebni kompresori, po mogućnosti bez podmazivanja. Saradjivao sam na jednom takvom projektu, ali zbog nedostatka interesovanja od strane velikih naftaških firmi nije se daleko odmaklo.
Tada sam se uverio koliko je praskavi gas opasan jer je došlo do (neobjašnjivog) samopaljenja u cevi za evakuaciju gasa iz kompresora (mešavina H2, N2 i vazduha u cevi), pri čemu je udarni talas "lansirao" zaštitnu kapu na izlazu iz cevi. U krugu fabrike je nismo našli, a na svu sreću niko iz obližnjeg sela (par stotina metara dalje) nije prijavio nikakav incident.
Pozdrav
Suština toplotnih motora je pretvaranje toplotne energije sadržane u gorivu u mehanički rad, zašta je potreban tzv. desnokretni kružni proces u kome se radna materija (gas) stalno kreće izmedju dva temperaturska nivoa, odn. izvora i ponora toplote. Termodinamika kaže da je 100-procentno pretvaranje toplote u rad ovim putem nemoguće, jer radna materija u svakom ciklusu mora deo svoje unutrašnje energije da preda nekom toplotnom ponoru (okolini).
Toplotni, odn. termodinamički stepen korisnosti je broj koji definiše koliko se od unete toplote pretvara u mehanički rad i on zavisi samo od odnosa temperatura. Najveći stepen korisnosti ima tzv. Karnoov ciklus (francuski inženjer Sadie Carnot) i njega nije moguće prevazići. Na primer, za temperaturu izvora (sagorevanje) od 1500K i ponora (okolina) od 300K, Karnoov stepen korisnosti je (1 - 300/1500) = 0,67, odn 67% i to je granica za sve cikluse koji rade izmedju tih dveju temperatura. Dizelov i Otov ciklus imaju niži teorijski stepen korisnosti od Karnoovog, dok ovaj poslednji nije ostvariv u praksi.
Najefikasnija toplotna mašina današnjice je sporohodni (80 do 130 o/min) dvotaktni Dizel motor, sa stepenom korisnosti od 55%. Takvi motori se koriste za pogon brodova i proizvodnju el. energije u stacionarnim elektranama, a trenutno najjači je 14-cilindarski Wärtsilä RT96c sa 88000kW na jednom kontejnerskom brodu. Motor ima forsiranu indukciju (punjenje cilindara vazduhom) sa 4 bar, ostvarenu turbopunjačima ABB. Količina vazduha u cilindru odgovara dvostrukoj stohiometrijskoj jer u Dizel motorima nije moguće ostvariti sagorevanje sa minimalnom količinom vazduha.
Gasne turbine za proizvodnju el. energije dostižu ovaj nivo stepena korisnosti tek uz dodatne mere iskorišćenja otpadne toplote.
Veliki četvorotaktni Dizel motori imaju stepen korisnosti do 48%, sa tendencijom blagog povećanja.
Za ilustraciju, dobra termoelektrana na ugalj ima stepen korisnosti ispod 40%, a nuklearna još manje.
Pri datoj temperaturi okoline, granica povećanja stepena korisnosti MSUS (motora sa unutrašnjim sagorevanjem) odredjena je temperaturom sagorevanja, a ova izdržljivošću materijala cilindra i klipa. Dodatno ograničenje je proizvodnja azotnih oksida (NOx), koja je direktno zavisna od max. temperature u cilindru i danas predstavlja suštinsko ograničenje za povećanje stepena korisnosti motora. Izlaz se traži u primeni tzv. Milerovog ciklusa, recirkulaciji izduvnih gasova i pasivnim merama na izduvu motora (katalizator, ubrizgavanje ureje, itd.).
Milerov ciklus se zasniva na indukciji cilindra visokim pritiskom (trenutno oko 7-8 bar) i zatvaranjem usisnog ventila znatno pre donje mrtve tačke. Dodatnom ekspanzijom u cilindru snižava se temperatura vazduha na početku hoda kompresije čak i do nule, a time i max. temperatura u cilindru, čime se smanjuje emisija NOx.
Druga mera je ubacivanje dela izduvnih gasova u cilindar (recirkulacija), čime se povećava udeo inertnih gasova (CO2, N2) u smeši i tako smanjuje max. temperatura. Većina modernih Dizel motora za vozila već koristi ovu meru, a postoje i motori koji kombinuju obe pethodne metode.
Treba još reći da danas praktično nema Dizel motora koji usisavaju vazduh - svi su opremljeni sa turbopunjačima koji koriste otpadnu energiju sadržanu u izduvnim gasovima. Medjutim, glavni efekat turbopunjenja je povećanje litarske snage motora, a ne stepena korisnosti. Na primer, Dizel motor sa stepenom nadpunjenja od 4 (pritisak na ulazu u cilindar od 4 bar) ostvaruje četiri puta veću snagu pri istom gabaritu jer je u cilindar moguće ubrizgati četiri puta više goriva.
Benzinski motori sa turbo punjenjem i direktnim ubrizgavanjem benzina u cilindar su danas glavni pravac razvoja Otovog ciklusa. Ta tehnologija je bila poznata još pre II svetskog rata i bila je primenjena na velikom broju avionskih motora visoke specifične snage, a najviše kod Nemaca (Mercedesov linijski i BMW-ov zvezdasti motor).
Benzinski automobilski motori sa direktnim ubrizgavanjem već su se po stepenu korisnosti približili odg. Dizel motorima, a sa njima dele i jednu ozbiljnu manu - emisiju čestica čađi, pa se uvodjenje filtera za čestice smatra neminovnim.
Dodatni efekat kod motora ovoga tipa za vozila je postizanje punog obrtnog momenta već na 1300 do 1500 o/min, što je važno za ubrzanje i potrošnju goriva. Inače, manje je poznato da je max. snaga automobilskog motora od značaja tek na najvećim brzinama, a njih je moguće razviti samo na nemačkim autoputevima.
O korišćenju H2 kao motorskog goriva se razmišljalo 90-tih godina. Ideja je bila da se za dobijanje H2 koriste velike noćne rezerve el. energije iz hidroelektrana u Kanadi, pri čemu bi se dobijeni H2 u gasnom stanju velikim tankerima transportovao u Evropu. Računalo se sa pritiskom od nekih 700 bar u tankovima, a za to su potrebni posebni kompresori, po mogućnosti bez podmazivanja. Saradjivao sam na jednom takvom projektu, ali zbog nedostatka interesovanja od strane velikih naftaških firmi nije se daleko odmaklo.
Tada sam se uverio koliko je praskavi gas opasan jer je došlo do (neobjašnjivog) samopaljenja u cevi za evakuaciju gasa iz kompresora (mešavina H2, N2 i vazduha u cevi), pri čemu je udarni talas "lansirao" zaštitnu kapu na izlazu iz cevi. U krugu fabrike je nismo našli, a na svu sreću niko iz obližnjeg sela (par stotina metara dalje) nije prijavio nikakav incident.
Pozdrav