Desarrollo de producto. Alberto Jiménez

Transcripción

1 Desarrollo de producto Alberto Jiménez

2 Estado actual de la técnica. Desarrollo de producto (Máquina de microcogeneración con motor de combustión interna): Selección del tipo de generador (Sincrono o asincrono) Selección de número de cilindros. Selección de tipo de combustión (Mezcla pobre o control lambda)

3 1) Micro-motores alternativos Eficiencia total Eficiencia eléctrica Capacidades Motor Diesel 65-90% 35-45% 5 kwe a 20 MWe Motor Otto 70-90% 25-45% 3 kwe a >6 MWe Promedio inversión en /kwel 500 a Fiables Compactos Alto REE Baxi Dachs

4 2) Ciclos Stirling Eficiencia Eficiencia eléctrica Capacidades total Stirling 70-90% 25-50% 1 kwe a 1,5 MWe Promedio inversión en /kwel a (<10 kwe) Sector doméstico Pequeño tamaño y sin mantenimiento Baxi Ecogen

5 3) Pila de combustible (fuel-cell) Eficiencia total Eficiencia eléctrica Capacidades Fuel cell (PEM) 70-90% 35-55% 1 kwe a 1,5 MWe Promedio inversión en /kwel a (<10 kwe) Gran modulación Nuevo concepto micro-redes (generación distribuida) Baxi Innotech

6 Máquina asincrona = Motor o generador eléctrico. La red trifásica genera un campo giratorio en el estator. La velocidad de giro del campo es de 3000 rpm (50Hz). Rotor cortocircuitado (jaula de ardilla) de con un par de polos (2 polos, N+S). El campo mágnético del estator genera un par motriz en el rotor. Campo giratorio Stator Rotor

7 Al conectar la red trifásica al estator el rotor gira. El rotor intenta girar a la misma velocidad que el campo magnético, pero no lo consigue hay un deslizamiento (aprox. 1-8%). Las velocidades del rotor y del campo mágnético del estator no están sincronizadas, el giro del motor es asincrono con la red --> unión elástica. No es necesaria una sincronización con la red, ya que el estator está conectada a ella. Ejemplo de motor asincrono: Concentrate en un punto rojo para ver la velocidad de giro más alta del campo magnético.

8 0iTXLQD DVLQFURQD Efecto del deslizamiento: Motor eléctrico Campo magnético (example) (50 Hz) Generador DACHS 2950 RPM 3000 RPM 3045 RPM

9 Máquina sincrona = motor o generador eléctrico. El rotor gira exactamente a la kisma velocidad que el campo magnetico del estator rotación sincrona. Rotor excitado: son necesarios contactos deslizantes o imanes permanentes precio más alto No hay deslizamiento Unión rígida a la red. Electric field 3000 RPM Synchronous machine 3000 RPM

10 Esta unión rígida requiere un acople suave y constante entre el generador y el motor. Esto sólo es posible en motores multicilindro. En caso de motores de un sólo cilindro se debe poner un embrague entre el motor y el generador: Inversor eléctrico como embrague. Condiciones para sincronización de un generador sincrono: a.) Misma frecuencia regulación de la velocidad del motor b.) Misma secuencia de fases cambio de fases en conexión c.) Mismo paso por cero control de velocidad de motor (pequeñas deceleraciones) d.) Misma tensión control de la corriente de inducción Más tecnología en los generadores sincronos

11 Construcción simple y robusta (3 partes) No necesita sincronización con la red Acoplamiento suave con la red (deslizamiento) Poco mantenimiento

12 Motor eléctrico: Giro uniforme y suave Par de empuje constante sin interrupción. Motor de combustión interna de cuatro tiempos y un cilindro: Movimiento alternativo del pistón que se convierte en giratorio. El cigüeñal convierte el movimiento lineal en giratorio. Sólo se transmite potencia al cigüeñal en uno sólo de los cuatro tiempos (explosión). En los otros tres tiempos el movimiento continua gracias al volante de inercia.

13 Cuantos más cilindros, más suave es la transmisión de la potencia al cigüeñal. Pero: Más cilindros, son más partes móviles. Más fricción Más resistencia mecanica Más perdidas/menos eficiencia Más elementos a mantener (e.g. 4 cilindros = 4 bujias).

14 Ejemplos de motores de coches: Tendencia a menos cilindros BMW de 6 a 4 cilindros VW de 4 a 3 cilindros Nuevo Fiat 500 tiene sólo 2 cilindros Menos cilindros menos resistencia mecanica menos consumo y menos emisiones. Desventaja: Menos cilindros más vibraciones.

15 &RPELQDFLyQ LGHDO Generador asincrono + Motor de un cilindro El acople suave producido por el deslizamiento del motor asincrono compensa las fluctuaciones del par motor del único cilindro.

16 Cómo puede el motor del DACHS reducir la potencia sin reducir las RPM, por ejemplo de las 5,5 nominales a 4,5 kw? P (W) = M (Nm) * 2 * Pi * n (RPS) M (Nm) = P (kw) * / (n (RPM) * 2*3,1415) M 4,5kW = 4,5kW * / (2450 RPM * 2Pi) = 18 Nm M 5,5kW = 5,5kW * / (2450 RPM * 2Pi) = 21 Nm Menos gas > menos par, pero velocidad cte. RPM.

17 λ-controlled Mezcla-pobre λ=1,6 λ=1,0 Un motor de mezcla pobre evita la formación de emisiones. Un motor con sonda lambda crea las mejores condiciones para el posttratamiento.

18 CO = Carbon monoxides HC = Hydrocarbons NOx = Nitrogen oxides Motores de mezcla pobre: Catalizadores por oxidación. - Sólo eliminan emisiones de CO y de HC, pero no de NOx. Motores con control lambda: Catalizador de tres vías. - Reducción de CO, HC y NOx, - Necesaria 1 sonda lambda

19 Motores con control por sonda lambda: - Larga duración del catalizador (ver gráfico). - Temperaturas de gases de escape más altas -> mayor estrés térmico -> menor durabilidad. Motores de mezcla pobre - Fabricación más simple menos partes mecanicas - No se necesita sonda lambda - Temperaturas inferiores Menos estrés en el motor Ventana de mayor durabilidad

20 Comparación de dos máquinas reales Eficiencia eléctrica Control lambda (4,7 kw_el) Mezcla pobre (5,5 kw_el) Diferencia a favor de la mezcla pobre Natural gas engine 0,24 (24 %) 0,27 (27 %) 12 % LPG engine 0,23 (23 %) 0,27 (27 %) 17 %

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