Cálculos e reflexões em tratores dopados com água.
Introdução: por que essa reflexão?
Depois de uma experiência malsucedida de passar um trator em uma bancada de teste e diante da falta de resultados óbvios, fiz uma pequena reflexão sobre os números fornecidos pelos agricultores e publicados no site Quanthomme.
De fato ; O experimento que realizei em um trator MF188 de 1978 equipado com um motor Perkins 4248 não mostrou nenhuma diferença de eficiência com ou sem injeção de água e isso para uma carga fixa e estável. Ou seja, com ou sem abastecimento de água, a produção não melhorou nem degradou. Este é em si um ponto surpreendente.
Mas deve-se notar que as condições não eram ideais: bancada de testes antiga, sem dúvida, sem precisão, motor gasto (óleo consumindo: 1 L / 4 h) modificações e medições realizadas apressadamente, e muitas vezes sob a chuva (que é muito gostosa!)! Por fim, é preciso dizer que o motor acaba de ser modificado. Acho que isso pode ser importante, dadas algumas evidências de melhora ao longo do tempo.
Então decidi olhar, como um bom cientista que se tornou obviamente cético, nos testemunhos dos fazendeiros, e você verá que certos números são surpreendentes em semelhanças! É difícil acreditar em tais coincidências a partir de números anunciados de forma diferente! Isso quer dizer que os relatos tendem a confirmar que esses testemunhos são verdadeiros. Mas é óbvio que apenas uma passagem no banco poderia confirmar esses números.
Os números publicados
Essa reflexão é baseada nas seguintes montagens:
1) montagem 22, trator Massey Fergusson da 95 Cv: Clique aqui
2) montagem 23, trator Massey Fergusson da 60 Cv:Clique aqui
3) Montagem 36, trator Deutz D40, 40 Cv:Clique aqui
4) Montagem 42, trator Deutz 4006, 40 Cv:Clique aqui
Estas são as únicas montagens que fornecem valores de consumo (GO e água) antes / depois da modificação.
Figuras tiradas antes e depois da modificação:
Explorações e análises
1) Potência média estimada puxada pelo trator.
Graças ao consumo original, podemos calcular a carga média desenhada no motor. Isso é possível assumindo uma eficiência mecânica média de 30%, então basta multiplicar o consumo original por 5 porque, com 30% de eficiência, 1L de combustível fornece energia de 5hp.h. Assim, um motor Diesel que consome 20 L por hora fornecerá 20 * 5 = 100 HP.h. A potência média consumida neste motor é, portanto, de aproximadamente 100 CV.
Carga média nestes tratores:
Já estamos vendo um consumo excessivo no nível MF de 95 cv, mas isso pode ser explicado por um rendimento original degradado e / ou um uso muito mais intensivo do motor (por ter visitado este fazendeiro e ter visto seus campos longe de ser simples, a 2ª hipótese é plausível)
As outras cargas médias são mais consistentes: 50% de carga média.
2) Equivalência, após modificação, entre consumo de água e combustível
Redução do consumo e consumo de água:
Calculamos a redução do consumo em% em relação ao consumo original, obviamente presume-se que as condições de trabalho e de carga são idênticas. A redução média do consumo observada é de 54%. O consumo médio foi assim dividido por 2, é enorme e apenas uma passagem na bancada de um destes tractores permitiria realmente apresentar (ou não) um consumo específico muito baixo.
Após a modificação, a relação entre o consumo de combustível e o consumo de água varia entre 1.43 e 2.5. A média é 1.77. Ou seja, o consumo de água é 1.5 a 2.5 vezes menor que o consumo de diesel.
3) Equivalência entre redução do consumo de combustível e consumo de água
Redução do consumo e consumo de água:
A primeira coluna é calculada da seguinte forma: (redução no consumo de GO) / (consumo de água) = (consumo original de GO - consumo de GO) / consumo de água.
A 2ª coluna corresponde ao consumo de água dividido pelo consumo GO original. É uma quantidade que não representa nada físico, mas que
A relativa estabilidade desses relatórios 2 é bastante evidente e tende a provar que os números avançados pelos agricultores são reais. Um litro de água injetada levaria, portanto, a uma redução no consumo de 2 L de combustível.
Além disso, a estabilidade do consumo de água / consumo original pode ser explicada com bastante facilidade. As perdas térmicas de um motor são obviamente proporcionais ao consumo de combustível e como são essas perdas (30 a 40% no escapamento) que são utilizadas para evaporar a água, é lógico que a quantidade de água evaporado é proporcional ao consumo original. A estabilidade desta relação também reflete um “coeficiente de troca de calor” constante nos vários conjuntos do evaporador.
4) Conclusão
Na ausência de uma bancada de teste de potência, é impossível tirar uma conclusão irrefutável sobre os números anunciados pelos agricultores. No entanto, a estabilidade de alguns relatórios, embora os números anunciados sejam todos muito diferentes, tendem a provar que os valores apresentados são reais. Mas é certo que um número maior de depoimentos tornaria essa análise mais confiável.
Porém, fato que confirma essa hipótese, são os mesmos valores que observamos em nossa montagem ZxTD: um litro de água consumido levando a uma redução no consumo de 2 L de combustível.
Optamos por não colocar os valores do Zx nas tabelas comparativas porque os meios de medição, a carga e até a tecnologia do motor (injeção indireta, motor turbo, etc.) são tão diferentes que não foi possível fazer uma comparação. cientificamente aceitável ... mas a redução equivalente no consumo em relação ao consumo de água é, no entanto, a mesma.
5) Anexo: A energia de evaporação da água
O objetivo deste anexo é avaliar a energia de evaporação da água e compará-la com as perdas térmicas na exaustão para verificar se as quantidades são consistentes.
Assumimos que a água que alimenta o borbulhador chega a 20 ° C e que evapora (sob pressão atmosférica) a 100 ° C. Isso é falso, pois há uma leve depressão no borbulhador (0.8 a 0.9 bar), ou seja, neste caso, obteremos um aumento na energia necessária.
Energia necessária para a evaporação a 100 ° C de X litros de água inicialmente a 20 ° C:
Ev = 4.18 * X * (100-20) + 2250 * X = 334 * X + 2250 * X = 2584 * X.
Portanto, é necessário fornecer uma energia de 2584 kJ por litro de água evaporada.
As perdas no escapamento representam cerca de 40% da energia térmica fornecida a um motor. (30% sendo a energia útil e os outros 30% no circuito de refrigeração e nos "acessórios": várias bombas, etc.)
Para obter a potência dissipada no escapamento, basta aplicar um coeficiente de correção à carga útil de 4/3: um motor com uma carga de 10 HP dissipará 10 * 4/3 HP na forma térmica. exaustão é de 13.3 hp.
Porém, um Cavalo = 740 W = 0.74 kW, durante uma hora esse cavalo (seja térmico ou mecânico) fornecerá uma energia de 0.74 kWh.
Ouro 1 kWh = 3 600 000 J = 3600 kJ
Acima, calculamos que é necessária uma energia de 2584 kJ para evaporar 1 litro de água.
Um (1) cavalo térmico será, portanto, capaz de evaporar 0.74 * 3600/2584 = 1.03 L de água ... Para simplificar o seguinte, reteremos o valor 1.
Um (1) cavalo mecânico fornecerá 4/3 = 1.33 hp térmico à exaustão e, portanto, será capaz de evaporar 1.33 L de água sob a condição, é claro, de que 100% da energia (térmica) dos gases de exaustão seja recuperada.
Conclusão: o consumo de água é ridiculamente baixo se comparado às perdas térmicas de tratores com potência de 40, 60 ou 95 HP. Nessas condições, é até surpreendente que o consumo de água não seja maior, mas é preciso dizer que as dimensões e os formatos dos borbulhadores não os tornam “perfeitos” trocadores gás-líquido ... estamos até longe disso. Apenas uma pequena proporção (<5%) do calor de exaustão é, portanto, recuperada para a evaporação das quantidades de água observadas ... Além disso, esta "superpotência térmica" na exaustão provavelmente explica a ausência de isolamento na maioria (todos?) dos conjuntos. Para obter informações: 1) uma proporção da energia perdida nos gases de exaustão está na forma cinética. Portanto, é impossível recuperar 100% das perdas (térmicas + cinéticas) na exaustão. 2) No aquecimento ideal via caldeira, levaria 0.74 kWh ou 0.74 / 10 = 0.074 L de GO para evaporar 1 L de água nas mesmas condições. Isso é cerca de 80 L para uma tonelada de vapor.
Quaisquer comentários sobre essas análises são bem-vindos, por favor, use nn forums por isso.