Gostaria de saber se é possível fazer um motor de turbina de “ar comprimido” [fechado]

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Eu me pergunto se é possível fazer um eficiente motor de turbina que use apenas ar comprimido quente para mover, mas apenas isso, o que significa que não há ignição envolvida. Para simplificar, podemos usar compressores como turbocompressores ou turbocompressores para fazer um pequeno motor de turbina capaz de mover (não levantar) mais de 100 quilos em alta velocidade, digamos assim, cerca de 40 km / h (25 m / h)? Eu estudei um pouco e realmente sei que preciso fazê-lo, mas antes disso eu pensei em perguntar às pessoas que sabem mais do que eu. Além disso, se você pode pensar em uma maneira de fazê-lo eu adoraria ouvir isso porque pensei em algo, mas pode não funcionar (acho que é a diversão dele fazendo testes e reconstruindo e coisas assim). Ok, além de tudo isso, digamos que o poder para isso vem de baterias e é para funcionar por curtos períodos de tempo.

    
por anton siro 29.11.2018 / 02:52

5 respostas

Bem, os navios têm usado turbinas movidas a água superaquecida desde o final do século XIX. Mas você ainda tem que ter uma fonte de energia para aquecer o vapor. E não é bom para um motor "a jato", já que o ponto todo é impulsionado pela aceleração do ar através do motor, onde a turbina e o compressor estão lá apenas para manter o ciclo funcionando. Funcionaria apenas para um turbo-propulsor ou eixo turbo, onde o trabalho da turbina é produzir torque para realizar o trabalho.

Teoricamente, você poderia ter um turboélice alimentado com uma turbina a vapor, ou algum outro gás aquecido, mas você ainda tem que ter uma fonte de energia. Talvez algum tipo de esquisito e maravilhoso aquecedor de água a bateria, ou um minúsculo reator nuclear? Então você também precisa de um grande suprimento de água ou outro fluido ou gás para aquecer.

É possível, no entanto, ter um sistema fechado que recicle a água usada para o vapor. Você então tem praticamente uma pequena usina nuclear ou submarino nuclear. É teoricamente possível, porém, ter um turboélice movido a energia nuclear que possa voar por meses. Se funciona para submarinos e porta-aviões, por que não, se você pudesse fazer a coisa toda leve o bastante.

Na verdade, nada disso é realmente novo. Havia conceitos de aeronaves movidas a energia nuclear nos anos 50, que não eram realmente práticas.

A coisa sobre motores de turbina movidos a querosene é que ainda é a maneira mais eficiente de converter energia potencial em energia cinética em um pacote leve e sem problemas. Daqui a 50 anos? Quem sabe.

    
29.11.2018 / 03:24

A ideia cai na lei da termodinâmica.

O principal problema é que você parece converter eletricidade (da bateria) via energia térmica (calor) para energia mecânica. Isso não pode ser eficiente. A quantidade de energia térmica que você pode converter de volta para outras formas de energia é limitada pela [eficiência Carnot] ( link .

Como @jamesqf aponta nos comentários, você pode pular toda a etapa térmica e ter apenas uma hélice acionada eletricamente. Por não aquecer o ar, você evita a ineficiência.

Agora, os motores de turbina que funcionam com querosene também são limitados por essa mesma eficiência de Carnot. Eu acabei de dizer que é ruim, mas por que os aviões ainda queimam querosene? Acontece que o querosene tem uma densidade de energia muito maior do que as baterias. Isso significa que o avião pode ser muito mais leve na decolagem, o que compensa a ineficiência térmica.

    
29.11.2018 / 14:48

@jamesqf deu a resposta correta em seu comentário. Deixe-me explicar por que seria ineficiente.

O caminho de energia do motor turbofan típico é assim

energia química (combustível) - > energia térmica (queima de combustível) - > energia mecânica (rotação do eixo da turbina de baixa pressão = rotação das pás do ventilador) - > energia mecânica (grande volume de ar acelerou pela parte de trás do bocal).

Então, 3 etapas de conversão diferentes. Cada etapa não é 100% eficiente. Você perde uma quantidade decente de energia a cada passo. Então, quanto mais passos houver, pior. Sua situação proposta é algo como:

energia química (baterias) - > energia elétrica - > energia térmica (aquecendo o ar) - > energia mecânica (rotação do eixo da turbina de baixa pressão = rotação das pás do ventilador) - > energia mecânica (grande volume de ar acelerou pela parte de trás do bocal).

Isso tem mais etapas de conversão do que um típico mecanismo a jato. Será menos eficiente. O caminho alternativo proposto por @jamesqf é

energia química (baterias) - > energia elétrica - > energia mecânica (rotação da hélice) - > energia mecânica (grande volume de ar acelerou além da hélice).

Você vê como isso tem menos uma etapa de conversão? você vai direto da energia elétrica para a mecânica sem nenhum passo térmico entre eles. Menos etapas de conversão são melhores.

    
29.11.2018 / 13:06

Um turbojato com "nenhuma ignição envolvida" é, em princípio, possível, e foi colocado em prática na década de 1950, em protótipos funcionais de unidades de propulsão nucleares.

link

link

    
29.11.2018 / 14:20

Pelo que entendi você quer ter um compressor criando ar comprimido que sai em um jato de alta velocidade, causando impulso, mas você quer que o jato seja composto apenas de ar, e não de produtos de combustão.

Isso descreve o ar que é acelerado pelo ventilador em um motor a jato de ar, que fornece uma parte substancial do impulso total em tal motor.

Ou, se preferir, em vez de alimentar o ventilador por uma turbina, você poderia alimentar o ventilador ou compressor por um motor a pistão. O conceito "motorjet" (veja link ) usado no The Caproni Campini N.1 - (veja link parece aproximar-se desta ideia, mas no conceito "motorjet" o ar comprimido é misturado com combustível e inflamado após a compressão, para fornecer mais empuxo do que seria fornecido simplesmente permitindo que o ar comprimido saia do bocal sem ignição.

Havia pelo menos um conceito de "jato" movido a pistão no qual o ar NÃO era inflamado após a compressão - ver, por exemplo, o Coanda-1910 (ver link ). Este avião aparentemente nunca voou, mas um motor similar foi usado para dirigir um trenó de neve. Isso parece ser um bom jogo para o que você está imaginando.

    
29.11.2018 / 04:56