Seite 22 - Einführung

Direkt zum Seiteninhalt

Hauptmenü:

Seite 22

                                                  Benzin-Dieselmotor,Wärmekraftmaschine
Merke:Jede energietechnische Anlage wandelt nur Energie von einer Form in eine andere Form um !
          Dies geschieht immer mit Verlusten,deshalb gehört zu jeder Anlage ein Wirkungsgrad.
          Energie ist Arbeitsvermögen.Führt man einer Arbeitsmaschine Energie zu,so verrichtet diese Arbeit.
          Wärmekraftmaschinen wandeln immer Wärmeenergie in mechanische Arbeit um !
          Grosse Anlagen haben einen höheren Wirkungsgrad,als kleine Anlagen,sind somit wirtschaftlicher.  
                                                                  Der Wirkungsgrad
Es stellen sich 3 Fragen: - wieviel Energie wird zugeführt?
                                   - wieviel Energie wird umgewandelt?
                                   - wieviel Energie geht verloren?
                                                                  Formel für den Wirkungsgrad
n=Eab/Ezu                     oder in Prozent n=Eab/Ezu * 100%
Ezu=zugeführte Energie in J (Joul)
Eab=abgegebene Energie in J (Joul)

                                                            oder als Leistung ausgedrückt
n=Pab/Pzu          in Prozent wiederum n=Pab/Pzu * 100%
Pab=abgegebene Leistung in W (Watt)
Pzu=zugeführte Leistung in W (Watt)
Die Leistung (Pzu) ergibt sich aus zugeführter Energie pro Zeiteinheit  Pzu=Ezu/t   t wird in Sekunden eingesetzt.

Eab kann niemals gösser sein als Ezu !! Der Wirkungsgrad kann somit nur Werte von 0-1 erreichen oder 0%-100%.
100% Wirkungsgrad wurden aber noch nie von einer energietechnischen Anlage erreicht.
Solch eine Anlage bezeichnet man als Perpetuum mobile 2.ter Art.
Eine Anlage,die ihre eigene Energie zum Betrieb erzeugt,wäre ein Perpetuum mobile 1.ter Art (solch eine Anlage kann es
aus physikalischen Gesetzen nicht geben).

                                                                  Wirkungsgrade Beispiele
Automotor Benzin                    0,35  (35%)
Lkw Dieselmotor                      0,40  (40%)
Diesel Großmotoren          0,40-0,50  (40%-50%) dies sind Motoren mit 10000 PS,50000 PS oder noch mehr
Dampfmaschine                       0,15  (15%)
Gas-u.Dampfturine                   0,58  (58%) dies ist eine Einheit aus Gas und Dampfturbine (GuD),siehe Internetseite Siemens
Elektromotor                    0,90-0,95  (90%-95%)  ist keine Wärmekraftmaschine,wandelt elektrische Energie in mechanische Arbeit
                                                                        um
                                                          Woher kommen die Wirkungsgrade,Benzin -Dieselmotor    
Das Arbeitsmedium ist hier Luft,besteht aus 21 vol%  Sauerstoff,78vol% Stickstoff und 1% andere Gase.
Der Luft im Zylinder wird Wärmeenergie zugefüht.Die Luft dehnt sich aus und drückt den Kolben nach unten.
Dies Ganze ist ein Kreisprozess,der mit jeder Luftladung wiederholt wird.
Die wärmetechnische Auslegung erfolgt nach Vergleichsprozessen.
Benzinmotor:-dieser wird nach den "Gleichraumprozess"  berechnet.
Dieselmotor :-dieser wird nach den "Gleichdruckprozess" berechnet.
                                                             Berechnungsvorgang
Die Luft durchläuft verschiedene Zustandsänderungen,dabei wird die zugeführte oder abgebebene Energie ermittelt.
Dies bezeichnet man als Energiebilanz.
Aus der Energiebilanz ergibt sich dann der wärmetechnische Wirkungsgrad,dieser ist abhängig von den eingesetzten Drücken und
Temperaturen.
Druck und Temperatur sind vom Material und den Kraftstoff abhängig.
Zu heisse Motorteile können beim Benzin zur Selbstentzündung führen,dies darf aber nicht passieren.

                                                                 sparsame Motoren
Bei sparsamen Motoren wird nur die Verbrennung optimiert,Einspritzung,Steuerung und Regelung des Motors.Die Motoren brauchen dann
weniger Kraftstoff.
Der wärmetechnische Wirkungsgrad ist davon nicht betroffen.Dieser richtet sich nur nach der Energiebilanz,mit den dazugehörigen
Drücken und Temperaturen.
Der wärmetechnische Wirkungsgrad berücksichtigt nicht die mechanischen Verluste im Motor,Kolben,Lager,Strömungsverluste,Wärme-
verluste der Ölwanne usw..
                                                     Dieselmotor mit Turbolader
In diesen Motor wird nur zusätzlich Luft in den Zylinder gedrückt.
Gegenüber einen Saugmotor haben diese Motoren ca. 50% mehr Leistung.
Lager und Wärmebelastung sind hier höher, eventuell sind hier die Verluste die zusätzlich zur Wärmeberechnung auftreten geringer.
Auch hier dürfen Grenzwerte wie Druck und Temperatur nicht überschritten werden.

                                                            Dieselmotor mit Rapsöl als Brennstoff
Zu D-Mark-Zeit wurden Traktoren mit einer Rapsölanlage ausgerüstet,wegen der geringeren Treibstoffkosten.Dies geschah auf eige-
nes Risiko.Der Motorenhersteller übernahm keine Garantie.
Rapsöl ist zähflüssiger als Diesel und die Schmiereigenschaften sind schlechter.Der Motor wurde mit Diesel auf Betriebstemperatur
gebracht,dann schaltete man um auf Rapsöl.Der umgekehrte Vorgang verlief beim Abstellen.Es wurde auf Diesel umgeschaltet,bis
die Kraftstoffleitung frei von Diesel war,danach konnte der Motor abgeschaltet werden.
Bevor das Rapsöl verbrannt wurde,wurde dieses vorgwärmt,wegen der Fliessfähigkeit und den Verbrennungseigenschaften.
Solch eine Anlage kostete dann ca. 10000 D-Mark.
Trotzdem gab es Schäden an der Einspritzpumpe,die nach relativ kurzer Zeit verschlissen war,weil Rapsöl schlechtere Schmier-
eigenschaften hat.
Heute läuft in meiner Gegend kein Traktor mehr mit Rapsöl.Heute wird das Rapsöl den Diesel zugemischt und das heisst dann
"Biodiesel".

                                                    spezifischer Kraftstoffverbrauch
Dieser wird gemessen in g/kwh (gramm pro Kilowattstunde).Der Motor verbraucht dann pro Stunde und Kilowatt Leistung eine be-
stimmte Kraftstoffmenge,die in g (Gramm) gemessen wird.
Ein gängiger Wert ist 200-240 g/kwh.Man unterscheidet Vollast (maximale Leistung) und Sparbetrieb (minimaler Kraftstoffver-
brauch).Beispiel ist der Testbericht des Traktors "Fendt 936 Vario SCR" (350 PS Motor)
Internetseite:www.dlg.org  hier werden Landmaschinen getestet,siehe Testbericht von den Traktor "Fendt 936 Vario SCR"
                                       - 220 g/kwh bei 1800 U/min
                                       - 200 g/kwh bei  1400 U/min
                                       - Maximalleistung des Dieselmotors 350 PS
Ich empfehle diese Datei,damit man ein Gefühl für Daten bekommt.Dies gilt natürlich auch für jede andere Anlage.
Es muss immer eine Kosten/Nutzenrechnung durchgeführt werden und dazu benötigt man amtliche Messdaten.

                                                                  Die Dampfturbine
Eine Dampfturbine kommt in jeden Kraftwerk vor.Diese gehört zu der Gruppe der Strömungsmaschinen.
Die Turbine besitzt nur Laufschaufeln und Leitschaufen,aber keine Ventile,wie bei Kolbenmaschinen.
Die Schaufen sorgen für optimale Strömung und damit für möglichst wenig Verluste.
Bauteile der Anlage: - Dampfturbine
                             - Kesselspeisewasserpumpe
                             - Kessel
                             - Überhitzer
                             - Kühler
                                                         Wirkungsweise
Betrachtet wird 1 kg Wasser,dieses wird immer wieder durch die Anlage geleitet.Das Wasser nimmt dann Wärmeenergie auf,gibt
sie ab oder gibt Energie an die Turbine weiter,die dann vom Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
Kesselspeisewasserpumpe:Diese pumpt Wasser,dass aus dem Kühler kommt in den Kessel.Der Druck im Kessel ist höher als im
                                      Kühler.
Kessel:Hier wird das Wasser erhitzt und verdampft.Den Zustand des Wassers im Kessel nennt man "Nassdampf",wie das Wasser in
         einen Schnellkochtopf.Ein Teil des Wassers ist flüssig der andere Teil dampfförmig.
Überhitzer:Das dampfförmige Wasser aus dem Kessel wird hier auf mehrere hundert ° Celsius erhitzt.Dieser Dampf heist
               "überhitzter Dampf".
Dampfturbine:Der "überhitzte Dampf" kommt zur Turbine,wo dieser Wärmeenergie an die Turbine abgibt.
                    Am Ausgang der Turbine hat der Dampf weniger Energie als vor der Turbine.Die Energiedifferenz wurde an die
                    Turbine abgegeben.
Kühler:Der Kühler führt Wärmeenergie aus dem Dampf ab,damit das Wasser wieder den wärmetechnischen Ausgangspunkt er-
         reicht.Dann wird das Wasser wieder von der Kesselspeisewasserpumpe in den Kessel gepumpt und der Vorgang beginnt
         von vorne.
         Der Druck im Kühler ist geringer als der Druck im Kessel,weil der Dampf teilweise seine Energie an die Turbine abgegeben
         hat.
Dieser ganze Prozess wird in einen T-S Diagramm  dargestellt.T ist die Wassertemperatur in Kelvin.S ist die "Entropie" des Wassers.
Die Flächen unter der Kurve ergeben die zugeführte oder abgegebene Wärmeenergie.
Die einzelnen Energieunterschiede des Wassers,bei verschiedenen Zuständen entnimmmt man einen "Enthalpie-Diagramm" für
Wasser.   
"Enthalpie" ist hier die Energie des Wassers für diese Anwendung.Die Diagramme werden in Labors ermittelt.
Es gibt sie auch für andere Stoffe.
Interessierte,die sich für dieses Thema interessieren,benötigen Spezialliteratur.Das Gebiet ist sehr umfangreich.Man kann sich
damit wochenlang beschäftigen.Natürlich gibt es dieses Thema auch im Internet.

                                                               Zusammenfassung
Alle Wärmekraftmaschinen haben mehr oder weniger hohe Energieverluste.Sie eignen sich nicht für eine Stromversorgung von
privaten Haushalten.
Alte Techniken,Holzvergaser für Autos und Häuser,Dampfmaschinen oder sonst was,sind völlig absurt !!
Die Probleme sind:- kleine Anlagen haben einen geringeren Wirkungsgrad,als grosse Anlagen
                          - im Teillastbereich sinkt der Wirkungsgrad,die Verluste steigen
                          - 1000 kleine Anlagen sind teurer,als eine grosse Anlage
                          - Wartugskosten und Reperaturkosten sind bei einer grossen Anlagen geringer,als bei 1000 kleine Anlagen
                          - die Abwärme kann im Sommer nicht genutzt werden,wer heizt schon sein Haus im Sommer ?
                          - sobald eine Anlage läuft,kostet diese noch mehr Geld,als wenn sie nicht läuft
                          - bei grossen Anlagen kann eine Abgasreinigung besser durchgeführt werden,als bei vielen kleinen Anlagen
Für die private Stromversorgung sehe ich nur eine Möglichkeit:- Solaranlage mit Sonnenkollektor
                                                                                        - keine Abwärme
                                                                                        - technisch selber beherrschbar
                                                                                         - Aufbau selber möglich
                                                                                         - Wartung und Reparatur selber möglich
                                                                                         - kein Landverbrauch,bei Anbringung auf dem Dach
Für Fahrzeuge:Das Fahrad ohne Hilfsmotor ist unschlagbar.
                    - braucht kein Öl
                     -     "      keinen Treibstoff
                     - kann selber repariert werden
                     - keine Versicherung und Steuern
                     - keinen TÜV
Motorbetriebene Fahrzeuge nur benutzen,wenn unbedingt notwendig.Diese bringen sonst nur Nachteile.
Was macht ein Autofahrer hauptsächlich auf der Autobahn ?Er heizt die Umwelt auf ! (siehe oben Wirkungsgrade)

                                                                            Schlußwort
Alle Wärmekraftmaschinen kann man im privaten Haushalt zur Stromerzeugung,wegen der Nachteile vergessen.
Wie diese befeuert werden,spielt keine  Rolle.
Wo soll man im Sommer mit der Abwärme hin ? Diese Verlustenergie muss ja auch bezahlt werden.
Alte Techniken,wie den Holzvergaser kann man völlig vergessen.
In einer Dampfturbinenanlage kann man alles verfeuern,vorausgesetzt die Feuerung ist für den Brennstoff ausgelegt.
Solch eine grosse Anlage ist auf jeden Fall besser,als tausende von Kleinanlagen.
Jeder Brennstoff muss optimal verbrannt werden.Das Verfahren muss an den Eigenenschaften des Brennstoffs angepassst
werden .
Das beste Transportmittel auf den Land ist der Zug,dann kommen Bus und Lkw.
Das Flugzeug ist das schlechteste Transportmittel,was man wählen kann.
Oberste Forderung muss sein,energiesparen.
Eine grosse Fabrik muss natürlich ohne Störungen laufen.Ein Beispiel ist die Autofabrik in Wolfsburg von "VW",diese hat eine
eigene Dampfturbinenanlage mit Steinkohlenfeuerung.
Eine Dampfturbine kann 1 Million KW Leistung haben,dass reicht für 1 Million Elektroplatten gleichzeitig !!
In solch einen Fall müssen Fachleute das optimale Verfahren auswählen.

                                                           zurück zur Startseite

 
 
Zurück zum Seiteninhalt | Zurück zum Hauptmenü