Me pregunto si es posible hacer un motor de turbina de "aire comprimido" [cerrado]

Me pregunto si es posible hacer un motor de turbina eficiente que use solo aire comprimido caliente para moverse, pero solo eso, lo que significa que no hay ignición involucrada. En pocas palabras, ¿podemos usar compresores como turbo o supercargadores para hacer un pequeño motor de turbina que pueda mover (no levantar) más de 100 kilos a alta velocidad, digamos alrededor de 40 km/h (25 m/h)? Lo estudié un poco y para saber realmente que necesito hacerlo, pero antes de eso pensé en preguntarle a las personas que ciertamente saben más que yo. Además, si puedes pensar en una manera de hacerlo, me encantaría escucharlo porque he pensado en algo pero podría no funcionar (supongo que eso es lo divertido de hacer pruebas, reconstruir y esas cosas). Ok, además de todo eso, digamos que la energía para esto proviene de baterías y está destinado a funcionar por períodos cortos de tiempo.

¿Está proponiendo un motor de turbina que no utilice ningún tipo de combustible u otro tipo de energía de entrada?
La forma en que usa "turbina" es muy confusa. La turbina es lo que convierte el gas a alta presión en movimiento. El compresor es lo que convierte el movimiento en aire a alta presión. La forma en que funciona un motor a reacción es la combinación de los dos. Cuando quema combustible, el lado de salida/turbina tiene más volumen y velocidad de gas que el lado de entrada/compresor y genera empuje. Si desea omitir la turbina y usar un motor eléctrico o un motor de pistón, está perfectamente bien.
Estoy totalmente confundido aquí. ¿Quiere un motor eléctrico que impulse un compresor, o quiere aire comprimido para impulsar una turbina de gas, o algo más? Turbofan es básicamente una turbina que impulsa un ventilador con gas caliente a alta presión, que proviene de un dispositivo llamado generador de gas, que utiliza otra turbina para impulsar un compresor que comprime el aire para quemar combustible y generar aire caliente a alta presión.
¿Por qué querrías hacer esto, en lugar de simplemente conectar tu motor eléctrico a una hélice, como con los drones, etc.? Estoy bastante seguro de que sería extremadamente ineficiente usar baterías para calentar y comprimir aire y luego empujarlo a través de una turbina.
Su comentario a mi respuesta: "La energía provendrá de las baterías", y su edición reciente invalida por completo mi respuesta, por lo tanto, la eliminaré. El comentario de @jamesqf es la respuesta correcta a su nueva pregunta: si tiene baterías, simplemente conéctelo a un motor eléctrico y una hélice. Usar un compresor y una turbina con un calentamiento resistivo eléctrico en el medio funcionaría, pero sería ridículamente ineficiente.
Le di un voto a favor por el pensamiento. Nadie comienza siendo un experto aquí, pero nunca llegará a ninguna parte sin intentarlo y, lo que es más importante, sin comunicar ideas. Demasiados bashers aquí que no aprecian el aprendizaje y el proceso de pensamiento. Hay MUCHOS métodos de propulsión, ¡pero muchos no se dan cuenta de cuán eficientes son las alas batientes! ¡Sigue trabajando Antón!
¡Gracias Robert, realmente lo aprecio! Y para responder algunas otras preguntas, habrá un motor que impulsará el compresor (ahora el tipo de motor no importa, aunque la CC es más eficiente con baterías en lugar de convertir CC a CA trifásica para un motor de CA) y, por supuesto, habrá será energía de entrada (baterías) pero no voy a agregar energía adicional al sistema cuando las baterías se agoten, deja de funcionar
@anton siro: Re "motor accionando un compresor", acabas de inventar herramientas neumáticas :-) Hay muchas razones para usarlas (ver, por ejemplo, en.wikipedia.org/wiki/Pneumatic_tool ) pero la eficiencia no es una . Comprimir un gas no es 100% eficiente, ni la herramienta en sí, por lo que se pierde gran parte de la energía almacenada en las baterías. Puede que le vaya mejor utilizando, por ejemplo, una botella de buceo como fuente de aire comprimido.

Respuestas (5)

Bueno, los barcos han estado usando motores de turbina accionados por agua sobrecalentada desde finales del siglo XIX. Pero aún debe tener una fuente de energía para calentar el vapor. Y no es bueno para un motor "a reacción" ya que todo el punto es impulsado por el aire acelerado a través del motor, donde la turbina y el compresor están allí solo para mantener el ciclo en marcha. Solo funcionaría para un turbohélice o turboeje donde el trabajo de la turbina es producir par para hacer el trabajo.

En teoría, podría tener un turbopropulsor impulsado por una turbina de vapor o algún otro gas calentado, pero aún debe tener una fuente de energía. ¿Quizás algún tipo de calentador de agua a batería extraño y maravilloso, o un pequeño reactor nuclear? Entonces también necesita una gran cantidad de agua u otro fluido o gas para calentar.

Sin embargo, es posible tener un sistema cerrado que recicle el agua utilizada para el vapor. Entonces tienes prácticamente una pequeña planta de energía nuclear o un submarino nuclear. Sin embargo, es teóricamente posible tener un turbohélice de propulsión nuclear que pueda volar durante meses. Si funciona para submarinos y portaaviones, por qué no, si pudiera hacer todo lo suficientemente ligero.

En realidad, nada de eso es realmente nuevo. Hubo conceptos de aviones de propulsión nuclear en los años 50, que no eran realmente prácticos.

Lo que pasa con los motores de turbina impulsados ​​por queroseno es que sigue siendo la forma más eficiente de convertir energía potencial en energía cinética en un paquete liviano y sin problemas. 50 años a partir de ahora? Quién sabe.

Veo. Aún así, digamos que podemos hacerlo funcionar con una gran cantidad de baterías (o un pequeño reactor nuclear) sería solo un pequeño turbo o supercargador como los que se usan en los automóviles (con un toque de expansión térmica, estoy hablando de hacer que el aire salga aún más caliente y más "cargado" se puede decir) me da buenos resultados?
Para calentar el aire con algo, necesitaría impartir una gran cantidad de BTU de energía al aire para obtener la expansión requerida para crear la velocidad requerida en una corriente de aire, y aún necesitaría una turbina/compresor para obtener y sostener el ciclo porque tienes que empacar mucho aire en un espacio pequeño antes de calentarlo. Quiero decir, probablemente podría crear algún tipo de reacción nuclear directamente en la lata del quemador de un motor a reacción, aunque tendría un escape radioactivo. El problema básico es la gran cantidad de energía y masa involucrada para mover algo por un chorro de escape.
Sin embargo, PUEDE fabricar un motor turbohélice o turboeje que funcione con aire comprimido. Se hace con motores de pistón todo el tiempo y hay autos de aire comprimido. Sin embargo, para un turbohélice/turboeje, necesitaría un mega tanque de aire a presión. Y aún necesitarías una fuente de energía para comprimir el aire en primer lugar. No hay almuerzo gratis bajo el sol....
ya veo muchas gracias!

La idea contradice la ley de la termodinámica.

El principal problema es que parece convertir la electricidad (de la batería) a través de la energía térmica (calor) en energía mecánica. Esto no puede ser eficiente. La cantidad de energía térmica que puede volver a convertir en otras formas de energía está limitada por la [eficiencia de Carnot] ( https://www.e-education.psu.edu/egee102/node/19420 ).

Como @jamesqf señala en los comentarios, puede omitir todo el paso térmico y solo tener una hélice impulsada eléctricamente. Al no calentar el aire, evitas la ineficiencia.

Ahora, los motores de turbina que funcionan con queroseno también están limitados por esta misma eficiencia de Carnot. Te acabo de decir que es malo, pero ¿por qué entonces los aviones siguen quemando queroseno? Resulta que el queroseno tiene una densidad de energía mucho mayor que las baterías. Esto significa que el avión puede ser mucho más ligero en el despegue, lo que compensa la ineficiencia térmica.

@jamesqf dio la respuesta correcta en su comentario. Permítanme explicar por qué sería ineficiente.

La ruta de energía típica del motor turboventilador es así

energía química (combustible) -> energía térmica (quema de combustible) -> energía mecánica (eje de turbina de baja presión girando = aspas del ventilador girando) -> energía mecánica (gran volumen de aire acelerado por la parte posterior de la boquilla).

Así que 3 pasos de conversión diferentes. Cada paso no es 100% eficiente. Pierdes una cantidad decente de energía en cada paso. Así que cuantos más pasos haya, peor. Su situación propuesta es algo así como:

energía química (baterías) -> energía eléctrica -> energía térmica (calentamiento del aire) -> energía mecánica (eje de turbina de baja presión girando = aspas del ventilador girando) -> energía mecánica (gran volumen de aire acelerado por la parte posterior de la boquilla) .

Esto tiene más pasos de conversión que un motor a reacción típico. Será menos eficiente. El camino alternativo propuesto por @jamesqf es

energía química (baterías) -> energía eléctrica -> energía mecánica (rotación de la hélice) -> energía mecánica (gran volumen de aire acelerado más allá de la hélice).

¿Ves cómo esto tiene un paso de conversión menos? simplemente pasa directamente de la energía eléctrica a la mecánica sin ningún paso térmico en el medio. Menos pasos de conversión es mejor.

Ya lo veo. Entonces puedo usar un motor y ser más eficiente y tener los resultados que quiero. bueno, veré lo que terminaré haciendo, pero todos fueron muy útiles y me hicieron pensar en cosas que no tenía en mente hasta ahora, ¡muchas gracias!

En principio, es posible un turborreactor sin ignición involucrada, y se puso en práctica en la década de 1950, en prototipos funcionales de unidades de propulsión de propulsión nuclear.

https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19640019868.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/General_Electric_J87

Según tengo entendido, desea tener un compresor que cree aire comprimido que salga en un chorro de alta velocidad, lo que genera empuje, pero desea que el chorro esté compuesto solo de aire, no de productos de combustión.

Eso describe el aire que es acelerado por el ventilador en un motor fanjet, que proporciona una parte sustancial del empuje total en dicho motor.

O, si lo prefiere, en lugar de accionar el ventilador con una turbina, puede accionar el ventilador o el compresor con un motor de pistón. El concepto de "motorjet" (ver https://en.wikipedia.org/wiki/Motorjet ) utilizado en The Caproni Campini N.1 -- (ver https://en.wikipedia.org/wiki/Caproni_Campini_N.1 ) podría parecer una aproximación a esta idea, pero en el concepto de "motorjet" el aire comprimido se mezcla con combustible y se enciende después de la compresión, para proporcionar más empuje del que se proporcionaría simplemente permitiendo que el aire comprimido salga de la boquilla sin encender.

Había al menos un concepto de motor de "reactor" impulsado por pistón en el que el aire NO se encendía después de la compresión; consulte, por ejemplo, el Coanda-1910 (consulte https://en.wikipedia.org/wiki/Coand%C4%83 -1910 ). Aparentemente, este avión nunca voló, pero se usó un motor similar para conducir un trineo de nieve. Eso parece ser una buena combinación con lo que está imaginando.

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