Optimizare randament motor termic

[cavit]

Pentru un motor dat cu un anumit raport de compresie alimentat cu gn/gpl cum este influntat randamentul de raportul cuplu/turatie pentru putere data?

De exemplu are randament mai bun la turatie mai mica si cuplu mai mare? intuitiv asa ar fi deoarce cu turatia ceste energia consumata cu frecarile, farasarcina turatia nu creste la infinit chiar si fara control, se opreste undeva,in situatia asta randamentul e zero

 

In situatia mea prcatica motorul nu intra in stall la turatie mica deorce incarca o baterie cu ajutorul unui PMG, cand turatia scade scade si sarcina, se stabilizeaza undeva.

 

la mine merge cu 2000 rpm 1 kw dar si cu 1000 rpm 1 kw, din consumul de gaz raportat la cat incarca in baterie nu pare a fi mare diferenta.

Editat Martie 2 de cavit

[ola_nicolas]

Banuiesc ca topicul se refera la randamentul termic al unui motor. Randamentul mecanic al unui motor cu ardere interna modern este de ordinul 99 %. Randamentul termic al aceluiasi motor depinde de ciclul termic aplicabil si nu va depasi niciodata ciclul termic Carnot, care este de circa 37 %. Randamentul termic este mai mare sau mai mic in functie de ciclul termic aplicabil. Motorul va avea un randament cu atat mai mare, cu cat diferenta dintre temperatura de iesire (cea a mediului ambiant din jurul tobei de esapament) si temperatura maxima de ardere din cilindru este mai mare. Asadar, randamentul termic nu prea variaza, deoarece nu se poate regla acesta temperatura. Consumul de combustibil este o caracteristica externa a motorului si depinde de multe alte aspecte tehnice ale ansamblului motor. Spre exemplu, se vor observa variatii ale consumului, daca inlocuim sistemul de carburatie / injectie original cu un altul, sau prin inlocuirea diferitelor sisteme mecanice ale motorului (cum ar fi pompele de racire / alimentare / ungere) etc. Randamentul se poate imbunatati, daca motoruluiu i se adauga un sistem de turbo alimentare, deoarece ciclul termic se va modifica in sensul cresterii diferentelor de temperatura mentionate. Teoria in cazul motoarelor cu ardere interna este compicata, iar obtinerea unui optim este relativa la multe dintre conditiile tehnice asigurate sistemului de catre utilizator.

Editat Martie 9 de ola_nicolas

[cavit]

T1 este temperatura maxima dupa aprindere, iar T2 este temperatura in cilindru la sfarsitul detentei, la turatiile cu care functioneaza ciclul e aproape adiabatic, temperatura in galeria de evacuare e mai mica decat t2.

[ola_nicolas]

La 11.03.2023 la 15:27, cavit a spus:

... T1 este temperatura maxima dupa aprindere, iar T2 este temperatura in cilindru la sfarsitul detentei ...

In anul 3 de facultate am avut proiect de curs la motoare cu ardere interna. De asemenea, la proiectul de stat (licenta) calculul termic al motorului cu aprindere prin compresie a fost parte din acesta. Stiu ca utilizam ca temperatura finala (T2) temperatura mediului ambiant (30 ℃) dar la curs am invatat ca de fapt aceasta era ceva mai mare, si anume cea din preajma tubului de evacuare in atmosfera. Acest lucru este justificat prin faptul ca procesul de evacuarea gazelor face parte integranta din ciclul termic teoretic. Tocmai de aceea este posibila si utilizarea turboalimentarii, care presupune de fapt o combinatie de doua masini termice diferite, motorul propriu-zis si o turbina cu gaze, care realizeaza o presiune mai mare a aerului proaspat in procesul de admisie. Turbina utilizeaza exact diferenta de temperatura dintre cea a gazelor din galeria de evacuare si temperatura mediului ambiant - cea din preajma tobei de evacuare. Se utilizeaza un T2 de la sfarsitul detentiei, doar in cazul concret al motoarelor turboalimentate, deoarece ,asa dupa cum spuneam sunt de fapt doua cicluri termice, care duc in final la o oarecare crestere a randamentului termic teoretic. In nici-un caz aceste temperaturi nu sunt variabile, prin insusi ciclul termic care (odata stabilit teoretic) nu poate fi modificat in nici-un fel.

Consumul de combustibil este asa dupa cum spuneam o caracteristica externa a motorului. Acest lucru se datoreaza faptului, ca sarcina motorului nu este numeric egala cu cea de la arborele motor, asa dupa cum este la motoarele electrice. La sarcina de la arbore, se mai adauga si consumul energetic necesar diferitelor sisteme auxiliare ale motorului, cum ar fi pompa de injectie / carburatorul, pompa de apa (la racirea primara) pompa de alimentare cu combustibil, pompa de ungere, ventilatorul de la racirea secundara, iar la unele motoare exista atasate si compresoare de aer pentru consumul instrumental. Prin urmare este greu de stabilit cat anume din consum se datoreaza sarcinii utile si cat anume sarcinii specifice instalatiilor auxiliare. Solutia adoptata in mod curent la proiectarea motoarelor termice este cea a proiectarii tematice, adica motorul este proiectat exact pentru procesul mecanic la care este utilizat, ceea ce conduce la ideea unui randament termic optim in cazul acelei utilizari. In cazul reutilizarii (adaptarii) unui motor existent la un anumit proces mecanic, nu mai exista nici-o garantie a unui randament optim.

Editat Martie 13 de ola_nicolas

[cavit]

In cazul meu motorul este rudimentar, cu caburatie si racire cu aer, cosumator auxiliar doar ventilatorul caa 100w, 10% din puterea mecanica,

 

Ar trebui alt motor sau o turbina cu gaz, dar turbinele sunt scumpe si greu de obtinut.

[ola_nicolas]

Sistemul de antrenare al distribuției, este de asemenea unul auxiliar, ca și sistemul de reîncărcare al bateriei de acumulatori, daca exista. Mai exista și alte sisteme auxiliare, în funcție de complexitatea motorului, pe care le-am neglijat în expunerea mea. Presupun ca este vorba despre un motor simplu cu un singur cilindru (probabil în doi timpi) ceva de genul motoarelor de la motocultoare. In acest caz, carburatorul are și rolul de pompa de combustibil, ceea ce nu este deloc neglijabil. De asemenea are probabil un sistem de ungere prin barbotare, asemănător unui compresor de aer. Doar în cazul motoarelor de drujba este exclus acest sistem, deoarece nu exista un carter specializat, caz în care ungerea se face prin intermediul combustibilului de alimentare, în care se amesteca o anumita cantitate de ulei. Mai trebuie ținut seama de faptul ca randamentul mecanic scade, cu cat puterea nominala a motorului scade. Randamentul mecanic ajunge pana în jurul valorii de 90 % sau chiar mai mic. Acest randament nu este variabil, în sensul în care el nu depinde de turație, de cuplul motor, sau de alți parametri asemănători. Trebuie doar ca utilizatorul sa se asigure ca puterea nominala a motorului este de același ordin de mărime cu cea a sarcinii specifice. In cazul unei sarcini mici (mai mica decât 50% din puterea nominala) consumul de combustibil va fi mult prea mare fata de așteptările utilizatorului. Asta nu înseamnă ca randamentul a scăzut, ci doar faptul ca mecanismele auxiliare nu mai sunt neglijabile in raport cu sarcina la arbore.

Editat Martie 15 de ola_nicolas

[cavit]

Un motor termic poate functiona cu puteri de cateva ori mai mari decat puterea normata, dar nu dureaza, pentru motorul de 200 cm cubi cu un piston, cam 1 kw se poate scoate in asa fel incat motorul sa dureze cateva mii de ore,

depinde si cum este normat regimul de functionare, pentru cate ore de functionare este stabilit, daca reduci puterea, durata de functionare creste, pentru motorul in cauza 1 kw este puterea cu care dureaza mult, am masurat temperaturile in regim stationar cu ajutorul unei camere cu termoviziune.

[ola_nicolas]

La 19.03.2023 la 16:52, cavit a spus:

... Un motor termic poate functiona cu puteri de cateva ori mai mari decat puterea normata ...

Cuvantul "poate" din citatul de mai sus trebuie scris mai intotdeauna intre ghilimele. @smilex - un utilizator al acestui forum, sustinea aceeasi idee in ceea ce priveste transformatoarele. A dat nastere multor polemici pe aceasta tema, pe mai multe forumuri. A si parasit un forum important din cauza acestor polemici. La limita (adica pentru un timp limitat) afirmatia este adevarata. Daca se depaseste insa acea limita de timp nu se mai sustin aceste asertiuni. Cauza o reprezinta intotdeauna posibilitatile de eliminare a caldurii in exces, produse la puteri mai mari decat cea nominala. Sistemul de racire este strict dimensionat pentru regimul nominal. La un regim supradimensionat, ciclul teoretic al motorului se modifica. O crestere a temperaturii maxime a ciclului, chiar daca duce la o crestere a randamentului, modifica regimul de schimb de caldura cu mediul inconjurator. Temperatura medie a motorului va creste. In general temperatura crescuta de functionare a unui mecanism are consecinte grave asupra functionarii. Functionarea indelungata a motorului la o putere mai mare cu peste 20 % fata de puterea nominala de proiectare, va duce in final la gripaje din cauza regimului termic inadecvat.

[cavit]

Disiparea neadecvata  a caldurii e cauza pentru defectarea aproape imediata, dar sa zicem ca racim adecvat pentru puterea respectiva, oboseala materialului si vibratiile excesive scurteaza durata de functionare,

 

De exemplu un motor pentru automobil are un sistem de racire dimensionat pentru o putere mai mare decat cea cu care merge de obicei, are o bucla de feedback care mentine temperatura, daca pui supraalimntare trebuie sa maresti si sistemul de racire, totusi chiar daca temperatura de fuctionare e aceesi, cu supraalimentare motorul dureaza mai putin.

 

Sunt anumte piese care se incalzesc mai tare chiar daca racesti adecvat cum sunt chiulasa si capetele supapelor, dar in anumite limite, oboseala materialului predomina, am vazut destule biele rupte, la turatii mari pot ceda mai ales elementele distributiei.

[ola_nicolas]

Proiectantii mecanismelor uzuale, supradimensioneaza in mod curent componentele motorului, astfel incat atat solicitarile la oboseala, cat si alte solicitari mecanice, vor fi periculoase incepand (spre exemplu) de la un raport de suprasarcina de 200 %. Asta deoarece nimeni nu pierde timpul cu verificari de rezistenta, daca nu este absolut necesar. In schimb pentru a face eficient un sistem de racire care depaseste raportul de 120 %, acesta trebuie proiectat pentru conditii de lucru speciale, astfel incat va scumpi in mod progresiv constructia. Bucla de feedback despre care vorbesti exista in mod curent in cazul unui motor, in sensul in care cresterea turatiei (si deci a puterii) face ca pompa de racire sa mareasca debitul de agent termic primar prin sistem. Acelasi lucru se intampla si cu ventilatorul de aer al circuitului secundar de racire. Problema se pune in schimb la supraincalzirea unor organe, care se racesc doar prin contact strans cu cele racite (cum ar fi pistonul si segmentii) sau prevazute doar cu o racire prin doua componente. O componenta este uleiul de ungere (care poate fi barbotat in carter) iar a doua componenta este racirea naturala. Astfel de componente sunt sistemul biela-manivela si lagarele motorului. Pentru a realiza o racire suplimentara (asa dupa cum propui) va trebui complicat sistemul primar de racire, astfel incat apa de racire sa scalde si organele mentionate. Un asaemenea sistem devine atat de sofisticat, incat daca facem o analiza a pretului, vom vedea ca ea nu se justifica. Pana la rapoarte de suprasarcina de ordinul 150 %, s-ar putea prelungi sistemul primar de racire, astfel incat sa poata fi racit in mod fortat uleiul din carter. Dar chiar si aceasta "prelungire" ar insemna costuri suplimentare importante. Spre exemplu (in cazul unui autoturism) ar putea fi prevazut un al doilea radiator cu circuit secundar de aer, asemanator celui deja existent, prin care se va recircula uleiul de ungere. Sistemul ar presupune o pompa suplimentara de ulei, necesara recircularii prin radiator, precum si un al doilea ventilator de aer. Cred ca oricine si-ar putea face o idee despre cam cat ar scumpi aceste modificari, un automobil spre exemplu.

Editat Martie 25 de ola_nicolas

[cavit]

Racirea uleiului exista la multe automobile diesel, au radiator de ulei, intr-adevar e complicat, daca iei in considerare si turbina si intercoolerul, chiar si asa e mai ieftin ca unul elelectric care e mult mai simplu.

 

Moartea electricelor e absenta unei piete secundare de vehicule si acumulatoare si lipsa unui charger MPPT onboard  sa poata fi incarcata direct de la un sir de panouri solare.

In cazul unui motor stationar cel mai simplu e sa aqlegi unul mai mare si sa il folosesti mai lejer

[ola_nicolas]

Acum 16 ore, cavit a spus:

Racirea uleiului exista la multe automobile diesel

La motoarele de foarte mare putere, cum ar fi Dieselele navelor maritime, se foloseste in mod curent racirea in doua trepte, treapta a 2-a fiind tot cu apa, si anume cu schimbatoare de caldura apa-apa, si respectiv ulei-apa, iar in unele cazuri se utilizeaza si o a treia treapta, cu turn de racire, unde apa (din circuitul secundar) curge in regim de picaturi (precum ploaia) iar racirea intr-un curent de aer este in acest mod foarte eficienta. Cu cat este motorul mai puternic, cu atat racirea este un proces mai complicat. Acest lucru daca s-ar intelege pe deplin, atunci nu ar mai exista astfel de dezamagiri. In tehnologia reala, cea mai mare complicatie o reprezinta procesele termice de shimb de caldura cu mediul. Nici-o tehnologie (indiferent cat de moderna) nu scapa de acest proces de evacuare a caldurii in exces.

Editat Miercuri la 05:34 de ola_nicolas

[cavit]

motorul naval e racit de obicei cu apa pe care circula nava, simplu, exista mai multe schimbatoare de caldura lichid-lichid