Cálculos y reflexiones sobre tractores dopados con agua.
Introducción: ¿por qué esta reflexión?
Después de una experiencia infructuosa de pasar un tractor en un banco de pruebas y dada la falta de resultados obvios, hice una pequeña reflexión sobre las cifras dadas por los agricultores y publicadas en el sitio Quanthomme.
En efecto ; El experimento que realicé en un tractor MF188 de 1978 equipado con un motor Perkins 4248 no mostró diferencias en la eficiencia con o sin inyección de agua y esto para una carga fija estable y fija. Es decir, con o sin suministro de agua, el rendimiento no mejoró ni degradó. Este es en sí mismo un punto asombroso.
Pero cabe señalar que las condiciones no eran las ideales: antiguo banco de pruebas sin duda carente de precisión, motor desgastado (consumo de aceite: 1 L / 4 h) modificaciones y mediciones realizadas apresuradamente, y a menudo bajo la lluvia (que es muy agradable!)! Finalmente hay que decir que el motor acababa de ser modificado. Creo que esto puede ser importante dada la evidencia de mejora con el tiempo.
Así que decidí mirar, como un buen científico que se volvió obviamente escéptico, en los testimonios de los agricultores, ¡y verán que algunas cifras son asombrosas en cuanto a similitudes! ¡Es difícil creer en tales coincidencias a partir de cifras anunciadas tan diferentes! Es decir, los informes tenderían a confirmar que estos testimonios son ciertos. Pero es obvio que solo un pasaje en el banquillo podría confirmar estas cifras.
Las cifras publicadas
Esta reflexión se basa en los siguientes montajes:
1) Conjunto 22, tractor Massey Fergusson de 95 Cv: Haz clic aquí
2) Conjunto 23, tractor Massey Fergusson de 60 Cv:Haz clic aquí
3) Conjunto 36, tractor Deutz D40, 40 Cv:Haz clic aquí
4) Conjunto 42, tractor Deutz 4006, 40 Cv:Haz clic aquí
Estos son los únicos montajes que dan cifras de consumo (GO y agua) antes / después de la modificación.
Cifras tomadas antes y después de la modificación:
Explotaciones y análisis.
1) Caballos de fuerza promedio estimados tirados en el tractor.
Gracias al consumo original podemos calcular la carga media dibujada en el motor. Esto es posible asumiendo una eficiencia mecánica promedio del 30%, entonces basta con multiplicar el consumo original por 5 porque, al 30% de eficiencia, 1L de combustible proporciona una energía de 5hp.h. Así, un motor diesel que consume 20 L por hora proporcionará 20 * 5 = 100 hp.h. Por tanto, la potencia media consumida por este motor es de aproximadamente 100 CV.
Carga promedio en estos tractores:
Ya estamos viendo un sobreconsumo a nivel del MF de 95 CV pero esto puede explicarse por una potencia original degradada y / o un uso mucho más intensivo del motor (por haber visitado a este agricultor y haber visto sus campos lejos de ser plano, la segunda hipótesis es plausible)
Las otras cargas promedio son más consistentes: 50% de carga promedio.
2) Equivalencia, después de la modificación, entre consumo de agua y combustible
Reducción del consumo y consumo de agua:
Calculamos la reducción del consumo en% respecto al consumo original, obviamente se asume que las condiciones de trabajo y carga son idénticas. La reducción media del consumo observada es del 54%. Por tanto, el consumo medio se ha dividido por 2, es enorme y solo un paso en el banco de uno de estos tractores permitiría mostrar realmente (o no) un consumo específico muy bajo.
Después de la modificación, la relación entre el consumo de combustible y el consumo de agua varía entre 1.43 y 2.5. El promedio es 1.77. En otras palabras, el consumo de agua es de 1.5 a 2.5 veces menor que el consumo de diesel.
3) Equivalencia entre consumo reducido de combustible y consumo de agua
Reducción del consumo y consumo de agua:
La primera columna se calcula de la siguiente manera: (reducción del consumo de GO) / (consumo de agua) = (consumo de GO original-consumo de GO) / consumo de agua.
La segunda columna corresponde al consumo de agua dividido por el consumo de GO original. Es una cantidad que no representa nada físico pero que
La relativa estabilidad de estos informes 2 es bastante evidente y tiende a demostrar que los números adelantados por los agricultores son reales. Por tanto, un litro de agua inyectada supondría una reducción del consumo de 2 L de combustible.
Además, la estabilidad del consumo de agua / consumo original se puede explicar con bastante facilidad. Las pérdidas térmicas de un motor son obviamente proporcionales al consumo de combustible y como son estas pérdidas (30 a 40% en el escape) las que se utilizan para evaporar el agua, es lógico que la cantidad de agua evaporado es proporcional al consumo original. La estabilidad de esta relación también refleja un "coeficiente de intercambio de calor" constante en los distintos conjuntos de evaporadores.
4) Conclusión
En ausencia de un banco de pruebas de potencia, es imposible sacar una conclusión irrefutable sobre las cifras anunciadas por los agricultores. Sin embargo, la estabilidad de algunos informes, si bien las cifras anunciadas son muy diferentes de todos modos, tienden a demostrar que los valores presentados son reales. Pero lo cierto es que un mayor número de testimonios harían más fiable este análisis.
Sin embargo, un dato que confirma esta hipótesis, son los mismos valores que observamos en nuestro conjunto ZxTD: un litro de agua consumido conlleva una reducción del consumo de 2 L de combustible.
Hemos optado por no poner los valores de la Zx en las tablas comparativas porque, los medios de medición, la carga e incluso la tecnología del motor (inyección indirecta, motor turbo, etc.) son tan diferentes que no se podría hacer una comparación. científicamente aceptable ... pero la reducción equivalente en el consumo en comparación con el consumo de agua es, sin embargo, la misma.
5) Anexo: La energía de evaporación del agua
El propósito de este anexo es evaluar la energía de evaporación del agua y compararla con las pérdidas térmicas en el escape para ver si las cantidades son consistentes.
Suponemos que el agua que alimenta el burbujeador llega a 20 ° C y que se evapora (a presión atmosférica) a 100 ° C. Esto es falso ya que hay una ligera depresión en el burbujeador (0.8 a 0.9 bar), es decir que en este caso obtendremos un aumento de la energía necesaria.
Energía requerida para la evaporación a 100 ° C de X litros de agua inicialmente a 20 ° C:
Ev = 4.18 * X * (100-20) + 2250 * X = 334 * X + 2250 * X = 2584 * X.
Por tanto, es necesario aportar una energía de 2584 kJ por litro de agua evaporada.
Las pérdidas de escape representan aproximadamente el 40% de la energía térmica suministrada a un motor. (El 30% es la energía útil y el otro 30% en el circuito de refrigeración y en los "accesorios": bombas varias, etc.)
Por tanto, para obtener la potencia disipada en el escape, simplemente es necesario aplicar un coeficiente de corrección a la carga útil de 4/3: un motor con una carga de 10 Cv disipará 10 * 4/3 cv en forma térmica en el El escape es de 13.3 CV.
Sin embargo un Caballo = 740 W = 0.74 kW, durante una hora este caballo (ya sea térmico o mecánico) proporcionará una energía de 0.74 kWh.
Oro 1 kWh = 3 600 000 J = 3600 kJ
Arriba calculamos que se necesitó una energía de 2584 kJ para evaporar 1 litro de agua.
Por lo tanto, un (1) caballo térmico podrá evaporar 0.74 * 3600/2584 = 1.03 L de agua… Para simplificar lo siguiente, retendremos un valor de 1.
Un (1) caballo mecánico proporcionará 4/3 = 1.33 CV térmicos al escape y, por lo tanto, podrá evaporar 1.33 L de agua con la condición de que, por supuesto, se recupere el 100% de la energía (térmica) de los gases de escape.
Conclusión: el consumo de agua es ridículamente bajo en comparación con las pérdidas térmicas de los tractores con una potencia de 40, 60 o 95 CV. En estas condiciones, sorprende incluso que el consumo de agua no sea mayor, pero hay que decir que las dimensiones y formas de los burbujeadores no los convierten en intercambiadores gas-líquido “perfectos”… incluso estamos lejos de eso. Por lo tanto, solo una pequeña proporción (<5%) del calor de escape se recupera para la evaporación de las cantidades de agua observadas ... Además, esta "sobrepotencia térmica" en el escape probablemente explica la ausencia de aislamiento en la mayoría (¿todos?) de los conjuntos. A título informativo: 1) una parte de la energía perdida en los gases de escape está en forma cinética. Por tanto, es imposible recuperar el 100% de las pérdidas (térmicas + cinéticas) en el escape. 2) En un calentamiento ideal a través de una caldera, se necesitarían 0.74 kWh o 0.74 / 10 = 0.074 L de GO para evaporar 1 L de agua en las mismas condiciones. Eso es aproximadamente 80 L por tonelada de vapor.
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