Nokkenas vergelijk type A en VX3

[Volvo 142 B23]

We gaan nog dieper op de materie in. In een Carnot-proces neem je aan dat alle gebeurtenissen plaatsvinden bij thermodynamisch evenwicht. Er is dan sprake van zogenaamde reversibele processen, waarbij de entropie gelijk blijft. Voor dergelijke processen kan je afleiden hoeveel nuttige arbeid je kan behalen per hoeveelheid energie (warmte) die wordt toegevoegd in elke cyclus, het zogenaamde theoretisch rendement. Reversibele processen zijn fictief, in de praktijk neemt de entropie altijd toe tijdens een thermodynamisch proces. Maar hoe langzamer het proces verloopt, des te beter kan je de ideale cyclus benaderen. Langzaamlopende scheepsdiesels (100 omwentelingen per minuut) zijn inderdaad de meest efficiente verbrandingsmotoren, en komen bijna aan hun theoretisch maximale rendement.

Een gasturbine heeft een constante verbranding, en dus is de gemiddelde temperatuur van het medium in de cyclus gelijk aan de verbrandingstemperatuur (dus een hoge werktemperatuur). Bij een verbrandingsmotor neemt de temperatuur snel af tijdens de expansieslag, en dus is de gemiddelde temperatuur een stuk lager dan de verbrandingstemperatuur. Doordat de gasturbine bij hoge gemiddelde temperatuur werkt kan je een hoog rendement halen, zelfs al zijn de compressieverliezen niet te verwaarlozen.

Bij een gasturbine hebben de uitlaatgassen nog een flinke hoeveelheid energie. Maar die energie is beschikbaar als een relatief koud gas bij lage druk. Een dergelijk gas heeft een lage exergie (de exergie is een maat voor de hoeveelheid nuttige arbeid die je aan een medium kan onttrekken). Je kan de uitlaatgassen dus niet gebruiken om mechanische arbeid mee te leveren. Je kan wel proberen om de warmte nog te gebruiken voor "laagwaardige" toepassingen, zoals ruimteverwarming (soms in de vorm van "stadsverwarming"). Dit noemt men ook wel "bottoming out" en wordt toegepast in electriciteitscentrales en op schepen. In een auto kan je een turbolader gebruiken om de resterende energie van de uitlaatgassen te benuttigen.

Je moet bij claims over "rendement" altijd erg oppassen. Een gasturbine heeft een maximum theoretisch rendement van rond de 50%. Dus als een turbine wordt gelabeld als "45%" dan kan dat ofwel echt 45% zijn, of 45% van 50%. Bij hoog-rendements CV ketels wordt je helemaal genept. Daar claimt men makkelijk 98%. Wat men bedoelt is 98% van het theoretisch rendement, en het theoretisch rendement is ongeveer 0%. In een CV-ketel maak je namelijk lauwwarm water bij atmosferische druk - daar kun je dus totaal geen mechanische arbeid uithalen, dus alle warmte gaat verloren.

Even laatste berichtje van mij richting offtopic:

Uitlaatgassentemperatuur is 590 graden en word gebruikt om stoom te produceren. Hiermee word een HIL (High Intermediate Low) pressure turbine aangedreven. Dit is een lage druk diabolo icm een HI diabolo. Deze stoomturbine levert een kleine 150MW. Icm de gasturbine goed voor 435MW. Het rendement van de gasturbine is ong. 45%. Daarbij is dus een grote winst behaald met de stoomturbine. De compressor van de compressor in de gasturbine neemt geloof ik 40% van het vermogen op. Dat betekend dus om en nabij de 200MW vermogen voor de compressor.
Over de rendementen van de diesels: ik snap een carnot proces en begrijp dus ook wat je bedoeld met theoretisch rendement. Ik heb de verschillende berekeningen mbt tot thermisch rendement, theoretisch rendement, wrijvingsverliezen enz. ook moeten maken bij mijn opleiding. Maar het klinkt alsof je een stukkie verder bent met deze materie dan ik, toch denk ik dat scheepsdiesels altijd een stappie voor zullen blijven op turbines zolang deze voor commerciele doeleinden gebruikt gaan worden. Voordeel van de gasturbine: draait veeeeel langer met stukken minder onderhoud.