Springen naar inhoud

Arbeid berekenen bij verbranding propaangas


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Tris - Kar

    Tris - Kar


  • 0 - 25 berichten
  • 24 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 10 mei 2009 - 13:27

hallo,

Ik heb een vraag omtrent het berekenen van de arbeid bij verbranding van propaangas in een kleine gasturbinemotor.

Men heeft een stalen buisvormige ontploffingskamer van 6 kubieke dm met een dikte van 3.2 mm. Hierin wordt tegelijk propaangas (4 kg/h) en lucht (850 kg/h) toegevoegd. Het gasmengsel komt tot ontploffing onder een druk van ongeveer 1.5 bar. Weet er iemand hoe je via deze gegevens de totale hoeveelheid energie kan berekenen bij deze reactie?

Stel nu dat de temperatuur van de ontploffingskamer 550 C is, hoeveel energie van de totale energie is er verloren gegaan om het ijzer op te warmen?

Ik heb echt al alles geprobeerd om de arbeid en vermogen van onze gasturbinemotor te berekenen: Brayton cycles,...
Niets van onze berekeningen komen echter uit. Hopelijk kan iemand van jullie ons helpen.

Met vriendelijke groet,

Tris - Kar
Project Straalmotor:

http://www.myspace.com/triskarnaud

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 10 mei 2009 - 15:19

De stookwaarde (onderste verbrandingswaarde) van propaan is 46,4 MJ/kg dus als je 4 kg/h propaan verbrandt dan komt er een thermisch vermogen vrij van 46,4 * 4/3600 = 0,051 MJ/s = 51 kW.

De opwarming van alle ijzer doet eigenlijk niet terzake, dat gebeurt immers maar n keer en als de gasturbine daarna uren draait kost dat geen energie meer. Het warmteverlies naar de omgeving kost wel energie, afhankelijk van het oppervlak en de isolatie van de gasturbine.

Je gasturbine gebruikt blijkbaar een enorme luchtovermaat, veel meer dan een normale gastubine, en bovendien is de druk in de verbrandingskamer maar 1,5 bar (ik neem aan overdruk) dus het rendement van je gasturbine zal miserabel zijn.

Meet de uitlaattemperatuur van de turbine en bepaal het enthalpieverschil dH t.o.v. 25 oC. Dit is de energie die niet in arbeid is omgezet.
Gasturbine rendement is dan (1 - dH/51)*100 %. Schrik niet als dit minder dan 10 % blijkt te zijn.
Hydrogen economy is a Hype.

#3

Tris - Kar

    Tris - Kar


  • 0 - 25 berichten
  • 24 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 10 mei 2009 - 20:16

Die luchtovermaat is inderdaad wel te begrijpen omdat dit immers de maximale luchttoevoer is bij maximale rotatiesnelheid. We hebben onze nieuwe ontspanner van 4 kg/h nog niet getest maar in praktijk zal die rotatiesnelheid waarschijnlijk nog niet half zo hoog liggen.

Ik vraag me wel nog af hoe we het warmteverlies aan de omgeving kunnen berekenen met onze huidige gegevens en hoe moet ik bovendien het enthalpieverschil berekenen? We hebben ons reeds blindgestaard op verschillende boeken over thermodynamica maar nog steeds niets gevonden.

Met vriendelijke groet,

Tris - Kar
Project Straalmotor:

http://www.myspace.com/triskarnaud

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 13 mei 2009 - 19:23

Ik had het eerst niet gezien maar begrijp inmiddels dat het over een straalmotor gaat. Dat maakt overigens geen wezenlijk verschil voor bepaling van het rendement.

Wat er in jouw gasturbine gebeurt is dat de energie van de brandstof (propaan) gebruikt wordt om de koude atmosferische lucht op te warmen van omgevingstemperatuur naar de uitlaattemperatuur van de nozzle en het uitlaatgas een kinetische snelheid te geven. De as van de gasturbine drijft geen generator aan maar slechts de compressor en levert dus geen nuttige arbeid die gemeten kan worden.

De uitlaattemperatuur van het hete gas gebruik je nergens voor dus dat is het verlies (plus het warmteverlies van de ongeisoleerde gasturbine).

Het energieverlies met de hete uitlaatgas kun je berekenen als je de uitlaattemperatuur meet. Stel dat deze T oC is dan is de warmteinhoud (enthalpie) dH van het uitlaatgas t.o.v. 25 oC gelijk aan:

dH = m.Cp.(T - 25) kWatt

waarin m = massastroom uitlaatgas (kg/s)
en Cp = gemiddelde soortelijke warmte van het uitlaatgas (ongeveer 1,1 kJ/kg.K)

Rendement = (nuttig vermogen)/(toegevoerd vermogen) * 100% = (Q - dH)/Q * 100 % = (1 - dH/Q) * 100 %

waarin Q = vermogen van de brander (15 kW voor 4 kg/h propaan)

Probleem is niet alleen het meten van die T maar ook het bepalen van die m. Jij denkt dat er 850 kg/h lucht door de gasturbine gaat maar ik zie niet hoe je dit werkelijk kunt weten.
Hydrogen economy is a Hype.

#5

Tris - Kar

    Tris - Kar


  • 0 - 25 berichten
  • 24 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 mei 2009 - 20:19

die inlaatsnelheid is een theoretische berekening bij een maximale rotatiesnelheid van 114 000 rotaties per minuut van de turbine (turbocharger), bepaald via een computerprogramma. in de praktijk gaat die rotatiesnelheid in ieder geval een heel pak lager liggen dus hou met die waarde van mij maar geen rekening.

Alvast bedankt voor de informatie. Zou je ons voor de rest nog onderzoeksvragen kunnen aanraden over onze straalmotor?

Met vriendelijke groet,

Tris - Kar
Project Straalmotor:

http://www.myspace.com/triskarnaud

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 15 mei 2009 - 10:04

Rendement = (nuttig vermogen)/(toegevoerd vermogen) * 100% = (Q - dH)/Q * 100 % = (1 - dH/Q) * 100 %

waarin Q = vermogen van de brander (15 kW voor 4 kg/h propaan)

Typefoutje van mij: het is natuurlijk 51 kW voor 4 kg/h, niet 15 kW.

Zou je ons voor de rest nog onderzoeksvragen kunnen aanraden over onze straalmotor?

Het is een straalmotor dus het ligt voor de hand om te bepalen wat de stuwkracht is. Plaats het ding op een karretje en meet met een trekveer (of zoiets) tussen het karretje en een vast punt hoeveel stuwkracht de straalmotor ontwikkelt.
Bovendien geldt dat:

F = m * v

waarin F = stuwkracht (Newton), m = massadebiet (kg/s) en v = snelheid (m/s) van het hete uitlaatgas. Als je de temperatuur T van het uitlaatgas ook meet dan kun je samen met de diameter van de uitlaatnozzle proberen te bepalen wat m is.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

Tris - Kar

    Tris - Kar


  • 0 - 25 berichten
  • 24 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 15 mei 2009 - 22:47

Ja inderdaad. en v is de snelheid van 1 uitlaatgasdeeltje. Hoe we dat echter zouden kunnen berekenen is mij een raadsel...
Project Straalmotor:

http://www.myspace.com/triskarnaud

#8

Tris - Kar

    Tris - Kar


  • 0 - 25 berichten
  • 24 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 16 mei 2009 - 15:59

De uitlaattemperatuur ligt rond de 420 C. De omgevingstemperatuur is 16C. De diameter van de uitlaat is 7.5 cm. We hebben er echter een andere uitlaat op gemonteerd (http://viewmorepics....mageID=13407359). Hoe kunnen we aan de hand van deze metingen de massasnelheid berekenen?
Project Straalmotor:

http://www.myspace.com/triskarnaud

#9

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 16 mei 2009 - 16:40

Wat is nu de diameter van de vernauwde tip van de uitlaatpijp? 7.5 cm? Of is dat de originele diameter vr de vernauwde tip? Het gaat om de diameter van de opening aan de tip.

http://viewmorepics....mageID=13407359

Die url werkt niet en geeft alleen de homepage van myspace.

Veranderd door Fred F., 16 mei 2009 - 16:49

Hydrogen economy is a Hype.

#10

Tris - Kar

    Tris - Kar


  • 0 - 25 berichten
  • 24 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 17 mei 2009 - 12:52

De diameter van de vernauwde tip is exact de helft dus 3.75 cm. Als je de foto van de uitlaat en afmetingen wil zien, ga naar de site: www.myspace.com/triskarnaud en klik dan door naar afbeeldingen en dan naar begeleidende schetsen.

Veranderd door Tris - Kar, 17 mei 2009 - 12:53

Project Straalmotor:

http://www.myspace.com/triskarnaud

#11

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 17 mei 2009 - 15:23

Met de weinige beschikbare gegevens schat ik met een zeer natte vinger het volgende:

Luchtdebiet is ruwweg 430 kg/h

Stuwkracht is ruwweg 50 Newton

Vermogen van compressor en turbine zijn beiden ongeveer 16 kW

Rendement is ongeveer 3 %. Dat betekent dat slechts 3 % (~1,6 kW) van de propaan stookwaarde omgezet wordt in kinetische energie van het uitlaatgas en 97 % (~50 kW) van de stookwaarde als warmte met het hete uitlaatgas afgevoerd wordt.

Bovenstaande is gebaseerd op 4 kg/h propaan, 16 oC omgevingslucht, 550 oC verbrandingstemperatuur, 1,5 bar overdruk in de brander, 420 oC uitlaattemperatuur en 3,75 cm uitlaatnozzle zoals je eerder geschreven hebt. Andere benodigde gegevens voor de schatting heb ik, bij gebrek aan beter, met een natte vinger bepaald.

Wellicht kun je zelf een keer de stuwkracht meten zoals ik eerder beschreef. Dat zou een bevestiging kunnen geven.
Hydrogen economy is a Hype.

#12

Tris - Kar

    Tris - Kar


  • 0 - 25 berichten
  • 24 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 20 mei 2009 - 14:44

Heb je daar enige berekeningen over?
Project Straalmotor:

http://www.myspace.com/triskarnaud





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures