Voiture à double QTsc.6L-vapeur et génératrice électrique solaire
Les principes de fonctionnement de ces deux projets sont les mêmes, à l'exception de la source de chaleur, soit du gaz naturel liquéfié pour la voiture mais un concentrateur de rayons solaires pour la génératrice électrique. Ces génératrices seraient idéales pour les pays situés entre les tropiques, comme Cuba.
Quant à l'utilisation du gaz naturel (méthane) pour la voiture, notons qu'il est beaucoup moins polluant que les carburants tirés du pétrole, lesquels contiennent beaucoup d'atomes de carbone et donnent surtout du CO2 (bioxyde de carbone), alors que le méthane (CH4) donne deux molécules d'eau (H20) pour une seule de CO2. De plus, il convient de brûler du méthane pour éviter qu'il se retrouve dans l'atmosphère où il produit 25 fois plus de "réchauffement climatique" que le bioxyde de carbone.
Nous devons aussi prendre en considération que la généralisation des voitures électriques ne résoudra pas les problèmes causés par les gaz à effet de serre, car la grande majorité des pays (même la France et l'Allemagne !) ne peuvent pas produire suffisamment d'électricité "propre". La solution consistera donc à utiliser des combustibles produisant moins de bioxyde de carbone que le pétrole et à améliorer la performance des systèmes de propulsion des véhicules routiers, ce que permettra la voiture de l'APUQ à QUASITURBINES-vapeur.
Remarquons aussi qu'une génératrice électrique à QT-vapeur ferait un excellent "prolongateur d'autonomie" des véhicules électriques, ce qui permettrait de diminuer la quantité de piles dans les véhicules et la consommation d'électricité d'origine publique.
Voilà donc pourquoi nous tenons à réaliser ces projets et cherchons des personnes qui pourraient y collaborer. N'hésitez donc pas à contacter l'APUQ si vous en connaissez! Merci d'avance.
Le projet expérimental: une nouvelle voiture MICROCAR à doter de 2 Qt-vapeur, reliées directement aux roues avant, sans boîte de vitesse, différentiel, catalyseur ni silencieux (ni embrayage?). La vapeur instantanée est produite par injection d'eau bouillante à 160°C et 5 ATM directement dans les QT, où elle se vaporise instantanément, et la vapeur résiduelle à la sortie des Quasiturbines est condensée par thermopompe et recompressée avant de repasser au-dessus des flammes ( Voir schéma ). Le concept permet d'atteindre une efficacité de l'ordre de 50%.
DESCRIPTION SOMMAIRE DES PRINCIPALES COMPOSANTES:
1-a) BRÛLEUR : tout carburant fluide possible, selon la meilleure disponibilité locale. Mais le gaz naturel étant sous-utilisé pour les transports au Québec et difficile à utiliser en moteurs à pistons, il devrait être préféré, d'autant plus qu'il est beaucoup plus efficace dans des brûleurs (jusqu'à 90%) et moins polluant que les carburants injectés en moteurs.
1-b) Le SERPENTIN : petit tuyau de cuivre de 1/8po. intérieur; spiralé et étagé.
2- Les TRONQUEURS (facultatifs) : coupent l'alimentation des QT pour des fractions de secondes, lors de l'alimentation de chaque chambre; ce qui augmente la détente intérieure et l'efficacité mais diminue la puissance : ne pas utiliser pendant les accélérations. Inutiles lorsque des QT étagées récupèrent la vapeur sortant du premier étage de moteurs (voir le travail de Patrick DAUDE dans http://www.apuq.com/APUQPapiers/QtsCombineesPatrickDaude20110812.doc ).
3- DEUX QUASITURBINES 0.6L/TOUR : Diamètre hors tout : 8po. x épaisseur hors tout : 2.5po. pour chacune.
AVANTAGES des QUASITURBINES:
- LE VOLUME (ESPACE): Les QT occupent 4 fois moins de volume que des moteurs à pistons de puissance comparable. Et ces 2 familles de moteurs donnent jusqu'à 8 fois plus de couple et de puissance avec une source de pression extérieure. Donc, des QT à air comprimé ou vapeur occupent une trentaine de fois moins de volume que des moteurs à pistons à carburation interne de puissance comparable.
- ABSENCE de DIFFÉRENTIEL: parce que seul le COUPLE ( C ) importe, non le RPM; pour rouler en ligne droite, le couple doit être le même sur chaque roue motrice et Puissance = C x RPM x CTE; en virages, P (roue extérieure) > P (roue intérieure).
- Pas de boîte de vitesses: parce que:
- les QT peuvent tourner à contre-sens;
- leur couple (C) est élevé (potentiellement maximum) au démarrage et fonction de la pression, ajustable aux besoins;
- C utile dès 0 t/min (RPM), contre quelque 900 en moteurs à pistons;
- vitesse de 90 kMh à 540 t/min des QT et des roues (de 20 po. de diam. de la Microcar).
4- THERMOPOMPE :
- pour récupérer la chaleur latente de la vapeur : de 500 Cal/g/°C à 160°C à l'entrée des QT, elle avoisinera les 540 Cal/g/°C à 100°C à la sortie des QT dans la vapeur qui n'aura pas été condensée (= transformée en force motrice);
- son échangeur froid baigne dans la vapeur et les gouttelettes sortant des QT;
- l'échangeur chaud est placé après le compresseur dans l'eau de condensation avant qu'elle ne repasse sur les flammes.
Remarque : une thermopompe consomme l'équivalent de quelque 33% de la chaleur de la vapeur condensée.
5- COMPRESSEUR D'EAU : il a pour fonctions de:
- maintenir la pression d'eau chauffée à 160°C et chargée de chaleur latente;
- augmenter la pression, donc la chaleur nécessaire de l'eau, en périodes d'accélération;
- contrôler le débit de l'eau en fonction de la vitesse de la voiture.
Peu énergivore, car il comprime de faibles volumes d'eau, non de vapeur.
EFFICACITÉ DU SYSTÈME: jusqu'à 50%* .
Note: au terme des développements futurs et selon des calculs qui devront être complétés, surtout en thermodynamique. Atteindre une trentaine de % d'efficacité globale serait déjà très bon, compte tenu que les voitures de l'APUQ fonctionneront en basse pression (autour de 5 Atm), alors que les locomotives d'antan atteignaient au mieux 15% avec des pressions bien plus élevées. Rappelons aussi que les moteurs à combustion interne actuels pour véhicules à essence ont des efficacités entre 25 et 32% et autour de 40% au diesel.
-Chauffage de l'eau: 90% et + : Les chauffe-eau sans réservoir ont une Efficacité Annuelle d'Utilisation du Combustible (AFUE = Annual Fuel Usage Efficiency) entre 90 % et 98 % ; voir : http://www.gazmetro.com/residentielpotentiel/efficaciteenergetique/fr/html/1974170_fr.aspx?culture=fr-ca
Thermopompe: 3 unités d'énergie récupérées pour 1 unité fournie à la thermopompe, donc efficacité de 66% selon : http://www.efficaciteenergetique.gouv.qc.ca/mon-habitation/conseils-pratiques/thermopompe/#c261 .
-Compresseur: 95% (hypothèse)
-Conservation thermique du système: 90% (hypothèse)
QUELQUES CALCULS :
Note: à compléter et, au besoin, à corriger, toute suggestion étant bienvenue!
La chaîne de calculs débute par les caractéristiques de l'auto: -Roues de 19.26 po. de diamètre (í); 19.26 x 25.4mm = 48.9soit49cm; -Vitesse max.: 50 kMh; --> nombre de tours/min.: 50,000m x 100cm / 60min. / 48.9 = 542. 5 RPM;
-Puissance nécessaire: 5kW = 6.8 CV (1 CV = 735 W)
Pression de vapeur nécessaire, en utilisant les données d'une QT.5L: 120 CV à 3000 RPM et pression intérieure différentielle de 500 PSI; --> (CV=120) f (Pr=500PSI), (RPM=3000), NbQT=1;--> 1/Pr = f 1/CV x RPM x NbQT --> Pr = CV x 1/RPM x 1/NbQT (???) donc Pr1/500PSI = CV1/120 x 3000/RPM1 x 1/2 Mais ceci fonctionne!!! : --> Pr1= 500 x 6.8/120 x 3000/543 x 1/2 = 78.27 PSI soit 5.3 ATM.
T pour évaporer de l'eau sous 5.3 ATM: vers 162°C.
Selon tableau, Quillet-Grolier, p. 6006: tension max. de vapeur:
| °C | 100 | 150 | 160 | 162* | 170 |
| Pmm | 760 =1Atm | 3581 =4.7A | 4651 =6.1A | 4782 =6.3A | 5961 =7.8A |
Atm *par intrapolation.
Note: Pression différentielle = n Atm - 1.
Volume d'eau et Qc chaleur:
a) VOLUME DE VAPEUR NÉCESSAIRE PAR MINUTE:
-Une QT consomme 0.6L/tour; --> 2 QT: 1.2L/tour; --> x 542 =651 L/min.
b) VOLUME D'EAU pour 651 Litres de vapeur par minute:
Si 1 L d'eau donne 1,694 L de vapeur; --> 651 / 1,694 = 0.384 L/min d'eau
ou si : 1284 L de vapeur: --> 651 / 1284 = 0.5 L/min.
c) CHALEUR NÉCESSAIRE POUR VAPORISER CETTE EAU à 6.3 ATM et 162°C:
T de l'eau: 20°C, par hypo. Pour 1 gr, il faut 682 calories, soit:
142 (-> t=162°C) +540 cal (chaleur latente)(Note: en fait, à 160°C, 500 cal)
--> 384 mL (ou g) x 682 = 262 kCal/min
Ou: pour 0.5 L: 507 gr x 682 = 346 kCal
(soit, en kWh: 1 kWh = 860.4 kCal; --> 346/860 = 0.4 kWh)