Natronlokomotive

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Moin,
bin gerade in W. über <http://de.wikipedia.org/wiki/Natronlokomotive gestolpert und wollte darauf mal hinweisen - absolut pfiffige Idee,
das Teil.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Ralf Kusmierz schrieb:

Geniale Idee!
Gruß, René
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Ralf Kusmierz schrieb:

ACK
Grüße,
F^2
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Ralf Kusmierz schrieb:

Was ist daran pfiffig? Wenn ich die Thermodynamik durchgehe und die Idee unter Berücksichtigung der Exergieverluste betrachte, wird mir eher mulmig.
Die Wang-Maschine ist dagegen eine wirklich pfiffige Idee für eine Wärmekraftmaschine:
http://www.old.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/umat/metalle/memoryloeffel.htm
Gruß, Ralf.
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Ralf Teschenbaum wrote:

ACK.
Naja. Ich stell dann mal den Stirlingmotor in den Raum. *plöck* Und Feuer drunter...
Stirlings Maschine scheint mit solider zu sein.
Gruß Patrick
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Patrick Kibies schrieb:

Vor allem hat stellt sie mehr Leistung auf weniger Volumen zur Verfügung.
Gruß, Ralf.
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memoryloeffel.htm
Wieviel Biegezyklen macht das Material mit?
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Gruß, Raimund
Mein Pfotoalbum <http://www.raimund.in-berlin.de
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Moin,
Ralf Teschenbaum schrub:

http://www.old.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/umat/metalle/memoryloeffel.htm
Da steht sicherheitshalber explizit, dass ein Memory-Metall kein Bimetallstreifen ist. Allerdings: Müsste man so eine Maschine nicht auch mit einem Bimetallstreifen bauen können?
Egal wie, so eine Maschine muss ständig Metall abkühlen und aufheizen. Die Verformung würde ich dabei eher als sekundären Effekt ansehen, sprich der thermische Wirkungsgrad dürfte nicht besonders gut liegen, da schätze ich eine Dampfmaschine besser ein.
CU Rollo
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Roland Damm schrieb:

http://www.old.uni-bayreuth.de/departments/didaktikchemie/umat/metalle/memoryloeffel.htm > Egal wie, so eine Maschine muss ständig Metall abkühlen und

Ich denke auch, dass ein reiner Dampfkraftprozess einen guten Wirkungsgrad hat, aber im Beispiel ging es ja um eine Kombination mit einem zweiten Prozess, bei dem das Natron wieder konzentriert werden muss.
Die Wang-Maschine schätze ich als elegante Lösung ein, wenn ein anderer Maschinentyp abgestellt wird und beispielsweise eine Tropfenschmierung nachlaufen soll.
Gruß, Ralf.
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Moin,
Ralf Teschenbaum schrub:

Selbst unter dieser Berücksichtigung könnte die Natron-Maschine noch einen besseren Wirkungsgrad abbekommen, also zumindest eine konventionelle Dampfmaschine. IMO braucht es zum Einsieden der Natronlauge ja recht hohe Temperaturen, deutlich höher also wie wenn man einfach nur Wasser kochen würde. Deshalb macht die Verdampfungswärme des Wasser bezogen auf die Gesamtenergie die zum Eindampfen gebraucht wird, nur einen kleineren Anteil aus, könnte zumindest sein. Darüber hinaus wird beim Eindampfen ja die Konzentration stetig erhöht und der Siedepunkt dementsprechend auch. Man bekommt am Ende also Wasserdampf der so warm ist, dass man damit die stark verdünnte Lauge am Anfang des Prozesses schon zum Kochen bringen kann. Man müsste also ein Eindampf-Gerät bauen, bei dem die verdünnte Lauge in mehreren Prozessschritten aufkonzentriert wird und der Dampf aus jedem Prozessschritt zum Heizen/Eindampfen der Lauge in den vorherlaufenden Prozessschritten genutzt wird. Auf die Weise könnte es glücken, dass das ausgetriebene Wasser am Ende nur in Form von leidlich heißem flüssigem Wasser vorliegt aber nicht mehr als Dampf. So ein Aufbau ist natürlich aufwändig, aber für diese Maschine muss dieser Aufbau ja nur an der 'Tankstelle' stehen, also stationär. Und er kann mehrere Fahrzeuge bedienen. Somit ist etwas mehr technischer Aufwand nicht so ein großes Problem (preislich).

Für sowas, ja. Für das Verstellen von Fenstern zur Lüftung wurde ja auch schon über Antriebe mit Memorymetall nachgedacht, ob es sowas schon gibt, weiß ich nicht. Wenn man als Energiequelle eine sowieso vorhandene ansonsten ungenutzte Temperaturdifferenz nutzt, spielt der Wirkungsgrad natürlich keine Rolle.
CU Rollo
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Roland Damm schrieb:

Da müssten wir zunächst klären, mit was wir vergleichen wollen: Ist es der offene Dampfkraftprozess einer Lokomotive oder der geschlossene Prozess eines Kraftwerks?
Nach der Beschreibung gehe ich davon aus, dass ein wesentlicher Vorteil der Natronlokomotive ist, dass ein Teil des Prozesses außerhalb der fahrenden Maschine stattfindet. Daher kann hier vielleicht eine höhere Energiedichte im Fahzeug realisiert werden. Aber die Natronlauge wird außerhalb der Lok vorgeheizt und später wieder konzentriert.
Egal wie man es rechnet: Wenn der Dampf in Lösung geht, nimmt die Entropie zu, der Prozess ist irreversibel. Wir haben hier sogar einen mehrfachen Wärmeübergang mit den bekannten Irreversibilitäten: 1. Wärme vom Natronspeicher in den Dampfkessel 2. Lösung des Dampfes im Natronspeicher 3. Im Bahnhof wird die Natronlauge irreversibel konzentriert wird.
Beim offenen Dampfkraftprozess taucht nur Punkt 1 auf.

Da bin ich pessimistisch. Um die Relation mal darzustellen: Wenn ich aus einem Trog mit reinem Wasser von 100 °C dieses als Dampf von 100 °C entnehmen will, muss ich 5,4 mal mehr Wärme reinstecken, als ich brauchte, um Wasser von 0 °C auf 100 °C zu erwärmen.
Wenn ich das Wasser aus der Natronlauge herausholen will, würde ich erst mal ähnliche Größenordnungen vermuten.

Trotz allem kann der Prozess nicht ohne äußere Energiezufuhr funktionieren, denn die Entropie verringert sich - also muss ein äußerer Prozess ablaufen, der noch irreversibler ist, als das Konzentrieren der Lauge, so dass in Summe die Entropie auch hier zunimmt.
Gruß, Ralf.
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Moin,
Ralf Teschenbaum schrub:

Ich meine schon einen offenen Prozess, wobei ich allerdings auch andeutete, dass man mit der Natornmaschine einen geschlossenen Kreis aufbauen könnte, weil man dann den Platzraubenden Kondensator/Kühler nicht im Fahrzeug herumfahren muss.

Auf wie viele Teilprozesse sich die Entropievermehrung verteilt, hat ja nun garnichts zu bedeuten.

Um das Wasser aus der Lauge herauszuholen brauche ich so viel Energie, wie ich vorher beim Verdünnen der Lauge gewonnen habe. Was ich allerdings mehr brauche, ist die Energie zum Verdampfen, wie du ja auch sagtest (5.4 mal so viel wie zum Aufheizen). Aber die Menge an Energie, die ich zum Verdampfen brauche, ist fest, 1l Wasser kostet soundsoviel Energie für die Umwandlung Wasser->Dampf. Wenn ich also erheblich mehr Energie reinstecken muss, um Natronlauge einzudampfen, dann nicht deswegen, weil ich mehr Dampf erzeuge, sondern weil ich sozusagen chemisch nachher mehr Energie gespeichert habe. Der Anteil der Energie, die für dass Verdampfen des Wassers gebraucht wird, verglichen mit der gesamten umgesetzten Energie, wird kleiner. Der Wirkungsgrad besser.

Was ebenso wieder irrelevant ist.
Der Verlust des Gesamtsystems ist einfach die Abwärme des Gesamtsystems. Noch zuzüglich der Verdampfungswärme von Wasser, falls ich Wasserdampf freisetze. Was bei einer normalen Dampflock verloren geht, ist die Wärmeenergie plus die Verdampfungswärme die im Abdampf und in den Abgasen drin ist. Daran ändert sich nichts, wenn anstatt an einer Stelle an 10 Stellen Entropie umgesetzt wird. Angenommen man kann die Natronmaschine ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung betreiben. Dann sind die Verluste allein an der Abwärme der 'Tankstelle' messbar. Wenn man es dort schafft, dass das Prozesswasser nicht mehr als Dampf (wie bei der Dampflock) sondern als flüssiges Wasser anfällt, hat man die Verluste (des Gesamtsystems) auf jeden Fall reduziert.
CU Rollo
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Roland Damm schrieb:

Nach aller Erfahrung ist in den meisten Fällen ist das Verteilen auf mehrere Prozesse auch mit mehr Entropie verbunden. Daher wäre es nachzuweisen, dass hier ein besonderer Mechanismus genutzt wird, der weniger Entropie erzeugt. Den sehe ich (noch) nicht.

Und was ist mit dem Entropiezuwachs, der aus dem (chemischen) Lösungsvorgang resultiert? Auch der ist irreversibel und muss Rückgängig gemacht werden.

Die chemische Umkehrung der Vermischung gehört auch dazu.

Die Argumentationskette verstehe ich jetzt nicht.

Das sieht für mich aus, als ob der zweite Hauptsatz ausgetrickst werden soll, um ein Perpetuum Mobile der 2. Art zu bauen.
Nach meiner Meinung ist die Natronlokomotive eine technische Lösung, um das Leistungsgewicht des Triebwagens zu verbessern. Es ist keine Lösung, um Energie zu sparen.
Man müsste das mal für ein Kraftwerk überlegen, denn wenn die Idee (entegen meiner Vermutung) gut wäre, müssten sich die Vorteile in einem stationären Kraftwerk durch geschlossene Prozesse wesentlich besser realisieren lassen.
Gruß, Ralf.
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Moin,
Ralf Teschenbaum schrub:

Wie ich schon schrieb, was an überflüssiger Entropie erzeugt wird, müsste irgendwo als Abwärme messbar zutage treten.

Ja was soll damit sein? Natürlich muss ich den rückgängig machen. Soviel Energie muss ich reinstecken. Aber wieso sollte ich mehr Energie reinstecken müssen? Die Energie, die ich in das Ent-Lösen reinstecken muss, bekomme ich beim Lösen wieder heraus. Wenn dem nicht so währe, dann müsste die Natronlauge ja von Zyklus zu Zyklus irgendwie mit Energie aufgeladen werden, die man nicht an der Temperatur messen kann - sehr esoterisch.

Das ist aber eine Energie, die ich zurückbekomme.

Nimm eine gewöhnliche Dampfmaschine. Wenn man da das Wasser bei 101°C kochen lässt hat man nur Dampf mit wenig Druck. Im Dampf steckt wenig Energie, die man in dem Zylinder nutzen kann, dann es sei angenommen, dass der Zylinder den Dampf wieder als Dampf ins Freie entlässt. Wie steigert man den Wirkungsgrad der Maschine? Natürlich indem man die Temperatur und damit den Druck erhöht. Natürlich muss man bei höherem Druck auch die Energiemenge vergrößern, die man braucht, um z.B. 1l Wasser zu verdampfen. Aber um diese Differenz bekommt man auch mehr Arbeit aus dem Dampf heraus. Der Verlust ist immer der gleiche, nämlich die Verdampfungswärme des Wassers. - Wenn ich in das Wasser 101 Energieeinheiten reinstecken muss und dann eine Energieeinheit nutzen kann und die restlichen 100 Einheiten sind Verlust - Oder wenn ich in das Wasser 200 Energieeinheiten reinstecke und 100 nutzen kann und 100 sind Verlust,
Dann ist im Zweiten Fall der Wirkungsgrad erheblich besser.
So mein Gedankengang bei der Natronlok: Je höher der Siedepunkt der Natronlauge, desto mehr Energie stecke ich in die Natronlauge selbst rein (und kann sie nachher nutzen) wobei die Energie, die für das Verdampfen des Wassers gebraucht wird, gleich bleibt. Der Anteil der Energie, die wieder genutzt werden kann, wird größer.

Irgendwo entsteht natürlich Abwärme, die an die Umgebung abgegeben werden muss.
Aber wenn ich zwei Stoffe mische und dabei Energie frei wird, dann muss ich nun mal die gleiche Energie aufwenden, um diese beiden Stoffe wieder zu trennen, denn alternativ müsste in einem Kreisprozess mindestens einer der Stoffe Energie auf magische Weise speichern (=Senke) oder erzeugen können. Was wohl nicht geht. Das heißt für den reinen Prozess des Lösens oder des Trennens ist der Energieaufwand gleich, exakt gleich. Dass man zum Trennen von Wasser und Natronlauge mehr Energie benötigt, als man bekommen hat, wenn man Wasser und Natronlauge zusammenschüttet, liegt daran, dass man zum Trennen das Wasser verdampfen muss. Aber selbst dieses Argument zieht nicht, da ja vorher das Wasser auch als Dampf in die Natronlauge reingekommen ist. Die Verdampfungswärme wurde also nicht verschenkt, sondern ist an der Stelle des Systems vorhanden, verfügbar, nutzbar.

Glaube ich auch nicht, was das Energiesparen angeht.

In einem geschlossenen Kreislauf glaube ich auch nicht, dass dieser Prozess einen großen Vorteil hätte. Heutige Dampfkraftmaschinen kommen auf geschätzt 90% dessen, was Carnot als Obergrenze vorgibt. Da dürfte kein Spielraum mehr sein, um über 100 Jahre alte Erfindungen an den Mann zu bringen.
Nur im Verkehrswesen ist man von dem Carnot-Wirkungsgrad normalerweise noch weit entfernt.
Was nicht heißen soll, dass man nach meiner Meinung mit solchen Fahrzeugen mit Natronmotor herumfahren sollte. Ich bin nur der Meinung, dass man mit diesem Konzept einen höheren Gesamtwirkungsgrad erreichen kann (hätte können), als mit konventionellen Dampfmaschinen.
CU Rollo
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Ralf Teschenbaum schrieb:

Hallo,
eine reiner Dampfkraftprozess mit zu kleiner Temperaturdifferenz hat einen bescheidenen Wirkungsgrad, es geht halt nicht besser als der Carnot Wirkungsgrad.
Bye
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Uwe Hercksen schrieb:

Das ist richtig, dieser Beschränkung unterliegt jeder Wärme-Kraft-Prozess. Aber wenn Du mit kleinen Temperaturdifferenzen um den Siedepunkt des Wassers herum arbeitest, kannst Du Dich gut an den Carnot-Prozess heranarbeiten, weil der Wärmeübergang beim Verdampfen und Kondensieren nur bei kleinen Temperaturdifferenzen stattfinden müssen.
Ich vermute, dass bei kleinen Differenzen mit einem Phasenübergang bessere Wirkungsgrade herauskommen als z.B. bei einem Heißgas-Prozess.
Gruß, Ralf.
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Mhh, auch ist die Energiedichte nicht sonderlich hoch. Bleiakkus haben ja schon mehr. Wenn schon Wärme gespeichert werden muss, dann werden heute lieber Salzschmelzen bei 300-400° eingesetzt (z.B. Solarkraftwerk). Auch das wäre drucklos möglich.
M.
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begin quoting, Matthias Weingart schrieb:

Ich möchte mal ganz allgemein fragen (und hätte es möglichst gerne durch Zahlen belegt), ob bei mitzuführenden nicht-emittierenden Energieträgern (also keine innere oder äußere Verbrennung) derzeit Dampfkreisprozesse Elektromotoren bei Fahrzeugantrieben bzgl. Energiedichte, Aufwand und Wirkungsgrad überlegen sind, oder nicht. (Eine Dampflok benutzt übrigens genau genmommen keinen Dampfkreisprozeß, weil der Abdampf verlorengeht. Die Natronlok auch nicht: Zwar wird der Abdampf energetisch genutzt und aufgefangen, aber nicht als Speisewasser in den Kessel rückgeführt.)
Die produktions- und werkstofftechnischen Möglichkeiten sind heute zweifellos andere als zu der Zeit, als die Natronlokomotive erfunden bzw. eingesetzt wurde, daher wäre ein direkter Vergleich wohl etwas unfair. Interessant wäre es aber dennoch, bei einem Dampfantrieb die Kondensations- bzw. Verdampfungsenthalpie zunächst rückgewinnen zu können. Welche maximalen Temperaturen wären denn durch eine Aufnahme von Abdampf in eine Lösung möglich?
Bei Dampfkreisprozessen wird normalerweise der Wirkungsgrad dadurch maximiert, daß das Arbeitsmedium in ein Vakuum expandiert, indem der Abdampf durch Kaltwassereinspritzung kondensiert wird. Dabei geht die Verdampfungsenthalpie verloren. Wenn ich es richtig sehe, müßte oprimalerweise die Natronlösung also auch einen Unterdruck haben, damit die Dampfmaschine maximale Arbeit leistet - sie ersetzt dann sozusagen die Kondensation durch Kaltwasser.
Ließe sich daran nicht noch einiges optimieren? Die Dampftemperatur liegt wohl üblicherweise deutlich niedriger als die mögliche Rauchgastemperatur der Feuerung. Könnte man vielleicht sinnvollerweise irgendwo einen Natronlösungskreislauf zwischenschalten, um die Angelegenheit zu optimieren? Etwa so: Der Abdampf findet stets eine kalte, hochkonzentrierte Natronlösung vor und erreicht dadurch maximalen Unterdruck und eine optimale Temperatursteigerung der Absorberlösung. Die erhitzte Absorberlösung wird dann in einen Wärmetauscher an die Hochtemperaturquelle gepumpt und dort bei Kesseldruck weiter erhitzt, wodurch das Wasser ausgetrieben und als Frischdampf verwendet wird. Die aufkonzentrierte Natronlösung wird schließlich durch Zwischenüberhitzer und am Schluß über einen Abwärmekühler heruntergekühlt und dann wieder in den Behälter mit der abdampfaufnehmenden kalten Natronlösung geleitet (wobei sie ihre mechanische Energie teilweise noch zum Antrieb der "Speisewasserpumpe" (die Natronlösung pumpt) verwendet wird. Gäbe es dabei Vorteile gegenüber einem "klassischen" Dampfkreisprozeß?
Gruß aus Bremen Ralf
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Hmmm, 900 kg, 180 Grad Celsius warme, 83%-ige Natronlauge finde ich nicht unbedingt pfiffig, da kann selbst ein kleines Leck zu einem ernsten Problem werden ...
Klaus
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Hi,
aber kaum Überdruck, ist ja auch alles aus Kupfer. Und wenns etwas tropft, der Kessel mußte ja auch als Berührschutz verkleidet werden, nach unten dagegen konnte Natronlauge ruhig auf die Pferdeäppel laufen, damals waren die Straßen ungeteert, und etwaiger Bewuchs war unerwünscht. Wenn man weiß, welche Giftmengen die Bahn heutzutage auf ihren Strecken verspritzt, wünscht man sich gelegentlich einen vergleichsweise harmlosen Natrontriebwagen....
--
mfg,
gUnther
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