Bello, proprio quello che mi chiedevo io l'altro giorno "ravanando in rete" alla ricerca di questo argomento....
Non se ne trova quasi nulla e quello che si trova è solo teoria pura di qualche tesina di ingegneria meccanica che non fa riferimento alla realtà.
Non conosco il tuo libro, ma suppongo che sia uno di quelli che si trovano sponsorizzati in quei sublinker. E se è uno di quelli, contiene le stesse cose delle tesine. Dimostrazioni matematiche. Non si sa cosa ma è sicuramente dimostrato che sia così...
Se non sai come funziona un transistor comincia con la teoria della relatività, ed il principio di indeterminazione di Heisemberg, la struttura della materia, la teoria delle bande nei solidi, portatori di carica e loro comportamento nei semiconduttori, e dopo cinque anni che studi hai capito tutto ma non ti ricordi per quale motivo hai cominciato a studiare...
Il rigeneratore sta alla base dell'efficienza degli stirling. Come costruirne uno al meglio me lo sono chiesto proprio ieri, perchè sto costruendo un modellino gadget. Vedi altra discussione.
Io sono quì per parlarne, per quanto ne possa sapere.

spero ti possa essere d'aiuto:

il rigeneratore serve per conservare una parte di calore che sarà sfruttata nel momento in cui l'aria passa dalla zona fredda a quella calda e una parte di freddo per il viceversa, quindi il rigeneratore è una sorta di condensatore, perciò deve trattenere il calore al passaggio dell'aria calda, per far questo dovrà essere costituito di un buon conduttore termico, e allo stesso tempo non dovrà mettere in comunicazione termica l'area fredda con quella calda, quindi per avere un'idea di come deve essere fatto, immaginiamo un tubo vuoto di materiale non conduttore di calore, lo riempiamo di dischetti di rame tutti forellati, posti uno davanti all'altro ma ZENZA CHE SI TOCCANO. Quando l'aria calda attraverserà questa serie di rondelle depositerà il suo calore sulla superficie delle stesse perdendolo man mano che prosegue il suo percorso, le rondelle accumuleranno calore, la prima sarà la più calda e via via fino all'ultima che sarà la più fredda, il flusso di aria tiepida che giungerà nella zona fredda quindi si raffredderà più rapidamente, questo grazie anche alla bassa temperatura che avranno le rondelle finali. Quando l'aria torna verso la zona calda riceverà un preriscaldamento dalle rondelle che in precedenza avevano assorbito calore e quindi impiegherà meno tempo per scaldarsi. Ovviamente il rigeneratore ha un volume, questo volume non deve influire trpoppo sul volume totale dell'aria di lavoro, se nò in fase di espansione non si ha più potenza sul pistone. Quindi per essere ben fatto non credo sia semplice da progettare, ed è corretto dire che è necessario essere esperti di termodinamica, perchè solo un esperto in questo campo può progettare un motore quasi perfetto. Noi sarà meglio che ci accontentiamo di prendere esempio dai tanti motori stirling che ci sono in rete, quindi imitando i pezzi e le dimensioni..... Dalle informazioni che ho trovato in ditte che vendono motori stirling, il rendimento degli stessi è banale se non si utilizza aria o gas tipo idrogeno/elio ad alta pressione, tanto per intenderci, un bicilindrico a V alla pressione di 1 bar ha un rendimento del 5%, alla pressione di 10 bar sfiora il 27%. Per realizzare uno stirling "serio" quindi è necessario lavorare ad alta pressione, e quindi c'è il problema della tenuta, sui pistoni infatti sono utilizzate fascie elastiche in teflon/grafite tenute in pressione contro il cilindro da una camera pressurizzata con azoto, nonostante questo il motore ha sempre delle perdite, che aumentano se si utilizzano gas differenti dall'aria, per tanto è previsto un compressore che ricarica in automatico quando la pressione scende sotto un certo valore, oppure nel caso in cui non si usa aria ci sono delle bombole di gas che intervengono alla stesso modo.

Insomma, finchè si tratta di realizzare un modellino è sufficiente rispettare alcuni particolari basilari e si può fare tranquillamente a meno del rigeneratore (infatti non è utilizzato in alcun modellino in vendita, se non proprio in certi sofisticatissimi che costano anche più di 3-400 euro), ma quando si punta a realizzare uno stirling in grado di generare corrente elettrica o svolgere una funzione meccanica, è necessario essere più che ingegneri, perchè non ci si può accontentare di un 5% no? o forse anche meno considerando l'ipotesi di lavorare sotto 1 bar di pressione.

Ciao,capito a cosa serve il rigeneratore,mi chiedevo......che senso ha separare il più possibile termicamente la zona calda da quella fredda se poi nel mezzo ci metto il rigeneratore che deve essere un ottimo conduttore termico?(Lo so che ha un senso,infatti funziona così.ma non riesco a comprendere bene il fenomeno)Nel caso di uno stirling gamma ad alta temperatura,si potrebbe far funzionare il displacer come rigeneratore?Magari costruendolo in metallo?Se no, di che altro materiale si dovrebbe costruire che scambi poco calore, ma che resista a 300°?Non certo di polistirolo come negli LTD!
Poi sempre a proposito di rigeneratore,negli stirling gamma, è posto tra la parte calda e la parte fredda del cilindro del displacer oppure nel condotto che unisce il cilindro del displacer al cilindro di lavoro?
Un'idea che vi posso dare per trovare il rigeneratore più adatto è costruirne uno flangiato da interporre nel condotto(flangiato anche questo)in modo da sostituirlo facilmente e fare varie prove:...con dei trucioli metallici, con dei dischi di rame forato appunto, con un groviglio di fili di rame, ecc.....

Vi ringrazio in anticipo se qualcuno sa chiarire i miei dubbi.

Rileggi bene quello che ho scritto, il rigeneratore non mette in alcun modo in comunicazione TERMICA le due camere, permette il passaggio dell'aria. Il displacer non deve essere in metallo, ma in un materiale che non conduce calore, perchè altrimenti si che metti in comunicazione termica le camere, il rigeneratore non è un tubo continuo, ma immaginalo come un tubo tagliato a fette, queste fette NON SI TOCCANO, quindi tra una fetta e l'altra c'è aria, e quindi non c'è conduzione, se non minima. Gli stirling che lavorano ad alte temperaure non usano displacer, ma due pistoni in configurazione a V. Gli stirling che hanno il displacer sono concepiti per girare con basse temperature e bassi giri di rotazione, bisogna ricordare che il displacer è poco più piccolo di diametro rispetto al cilindro che lo contiene, quindi il rendimento si avrà restando a bassi giri, inquanto il displacer deve spostare un grande volume d'aria, e per farlo fa uno sforzo, se andrebbe ad alti giri lo sforzo sarebbe maggiore, e probabilmente non riuscirebbe nemmeno a spostare tutto il volume d'aria da una parte all'altra, un pò come nei motori a 4 tempi, c'è sempre un certo incrocio delle valvole di aspirazione e scarico, questo per permettere appunto di aspirare più aria possibile, e superato un certo numero di giri il rendimeno cala, questo accade anche negli stirling.

Nei modelli con i due pistoni è necessario lavorare ad alta temperatura perchè il volume d'aria a disposizione è in rapporto 1 a 1, cioè ogni pistone sposta lo stesso volume, infatti i due pistoni normalmente sono uguali e hanno la stessa corsa, muovono il volume d'aria lavorando assieme, mentre negli stirling con displacer il volume d'aria del cilindro contenente il pistone può essere anche di 100 volte inferiore a quello che sposta il displacer, in questo modo basta un piccolo aumento di temperatura del volume d'aria che sposta il displacer per avere una grande influenza sul piccolo volume che sposta il pistone, ed ecco perchè con il solo calore di una mano si può tenere in moto uno stirling ben fatto.

Edited by tecnonick - 29/11/2007, 23:44

Grazie della spiegazione technonick ora mi è più chiaro il funzionamento del rigeneratore,una sola cosa mi resta dubbiosa.....dici che per le alte temperature vanno meglio gli stirling alfa quelli a 90° a V.......sempre nel forum leggevo che sono i più complicati da far funzionare e con temperature superiori ai 700° quindi il metallo sarà rosso incandescente, invece vedevo funzionare bene gli stirlin gamma con displacer a cilindri paralleli, o anche a Vdi 90°, sempre funzionanti col calore della fiamma e il rapporto tra i due volumi dei cilindri è di circa 1,5 o 2 (sempre per una temperatura decente superiore ai 250°) mentre quelli che dici tu sono sempre stirling gamma con displacer ed hanno un rapporto tra i due volumi anche di 100 come appunto dicevi tu e funzionano con bassa differenza di temperatura (tral'altro quel tipo di stirling"giocattolo"non ha nemmeno il rigeneratore)ed infatti hanno basso rendimento.
Sbaglio forse a voler costruire uno stirling con displacer per alte temperature con un basso rapporto tra i volumi "cilindro di lavoro" e "cilindro del displacer"? Naturalmente se funziona vorrei pressurizzarlo...i cilindri e il basamento s'intende, con aria compressa a 10bar)

Grazie ancora

in teoria funziona, però ipotizza di lavorare con un flusso d'aria a 200-250° pressurizzato, di che materiale fai il displacer per fare il modo che non conduca calore e che non si sciolga? e poi, il displacer è sempre un peso morto da far correre avanti e indietro, energia persa... inoltre dovendo essere leggero il displacer, all'interno dovrà essere vuoto, e quindi ci sarà aria, se il materiale non è molto isolante e robusto quaest'aria si gonfierà fino a far esplodere il displacer, e se per caso lasci una fessura per fare il modo che l'aria possa uscie per non sfondare, succede che crei un volume morto...

Eh,chiedevo appunto al forum se già conoscono che materiali utilizzare....comunque conosco certe materie plastiche che resistono fino a 350°, forse ce ne sono anche di migliori, o materiali ceramici.Il displacer è sì un peso morto da trascinare però considera che non crea attrito sulle pareti e l'asta che lo guida ha bisogno di una tenuta (teflon o o-ring) molto piccola in diametro che non fa attrito rispetto alla tenuta che dovrebbe avere il pistone di uno stirling alfa. E con l'esperienza che mi sono fatto in meccanica ti posso assicurare (per farti un esempio) che un gommino paraolio per un albero diametro 20mm fa un cero attrito ma niente di che, per un albero da 40mm fa un attrito pazzesco, solo quello porterebbe via 300W di potenza. Quello della tenuta stagna piccola è un gran vantaggio.
Tornando al rigeneratore..(al 90% mi sbaglio ma prova a seguire il mio ragionamento): mettiamo il displacer in alluminio,quando è nella zona calda si riscalda naturalmente,quando va nella zona fredda è per far spostare l'aria fredda nella zona calda e quindi farla espandere per produrre lavoro,bene,andando nella zona fredda l'aria fredda gli passa attorno e lui le cede il CALORE che ha accumulato mentre stava nella zona calda......è lo stesso CALORE che cederebbe il rigeneratore(i dischetti di rame)quando l'aria fredda transita dalla parte fredda del cilindro alla parte calda. Quindi il displacer a questo punto ha ceduto il suo calore all'aria fredda ed inoltre in questo momento si trova nella parte fredda del cilindro (la parte che io raffredderei a liquido)quindi il displacer è freddo,quando si muoverà verso la parte calda sarà naturalmente per spostare l'aria nella parte fredda per raffreddarla il modo che diminuisca di volume ovvero di pressione e l'aria calda anche questa volta passando attorno al displacer gli cederà CALORE e si troverà ad una temperatura già "decentemente bassa"quando raggiungerà la parte fredda del cilindro per raffreddarsi ulteriormente.
Spero di essere riuscito a spiegarmi,secono me almeno in teoria non fa una grinza, fa la stessa funzione del rigeneratore. Sto ancora sbagliando?

E' si , ci sono errori, allora, in primo luogo non si possono utilizzare oring, durerebbero una miseria, qui si tratta di costruire un motore che deve avere almeno 4-5000 ore di vita, immagina quanto potrebbe resistere un oring a contatto con un perno metallico in sfregamento a 500 giri al minuto, per le fasce elastiche del tipo a V si utilizza teflon caricto con grafite, e non so se hai idea dell'atrito ridicolo che esercita il teflon, e della grande robustezza e durata che ha.... in oltre quel minimo di atrito è influente su un motore che lavora con salti di pressione di oltre 10 bar, infatti un motore che ha una carica a 10 bar raggiunge anche picchi di 27-28 bar quando è a pieno regime, è come dire che le fasce elastiche di un motore a scoppio fanno perdere drasticamente rendimento, non c'è cosa più errata, perchè nel caso di un motore a scoppio le fasce sono ancor più a sfregamento rispetto ad uno stirling, ma ricorda che quando avviene un'esplosione nel cilindro si possono raggiungere anche 50 bar di potenza utile, il che rende l'atrito delle fasce una cosa trascurabile, a parità di esempio, nello stirling abbiamo picchi di 28 bar e fasce in teflon, quindi una cosa irrisoria.

Il discorso del displacer che fa da rigeneratore come lo hai pensato è proprio sbagliato, questo è l'errore in cui si incappa quando non si ha ben chiaro il comportamento dell'aria sottoposta a sbalzi termici. Il displacer si trova immerso nella zona calda e fredda, anche se sale o scende questo è sempre a contatto con le due fonti di temperatura, quindi si comporta esattamente da conduttore termico, e svolge esattamente il contrario di quel che hai pensato, ovvero quando va nella zona calda porta calore in quella fredda facendo ridurre la possibilità di asportazione di calore all'aria che dovrà passare di li, quando va nella zona fredda conduce il freddo nella zona calda cosi che l'aria quando torna giù non trova quel calore che dovrebbe esserci e hai perso potenza, considera che l'aria è un buon isolante termico, ma quando il displacer si sposta in un lato lo spessore di aria è molto fine, tale da permettere un passaggio più rapido del calore, ed ecco che il displacer assume le sembianze di una resistenza posta in serie tra lato caldo e lato freddo, mentre noi abbiamo necessità di un condensatore che accumula calore per poi restituirlo. Alcuni stirling montano un displacer fatto di materiale isolante termico, su di esso vengono avvolte delle spire di rame tenute distanziate, ed ecco fatto il rigeneratore attaccato al displacer. Fai una prova, costruisciti uno stirlinghino e fai prima un displacer di alluminio, e poi uno di cartone pressato dello stesso peso, prendi una fiammella e fai andare lo stirling con i due displacer, vedrai che quando lo monti di alluminio perdi giri.

Purtroppo è complicatissimo fare i conti che servono per determinare le dimensioni e i materiali necessari per realizzare uno stirling perfetto, e sinceramente non credo che qui ci sia qualcuno in grado di farlo (me compreso), possiamo solo fare delle prove e sperare di azzeccare un buon compromesso, io per ora ho realizzato 3 stirling, tutti funzionanti, ma ci si stupisce di quanto varia la resa al variare minimo di qualche componente, tipo la corsa del pistone, il suo diametro, l'aderenza che non deve essere ne troppa ne poca, le dimensioni del displacer intese sia come diametro rispetto al cilindro che come altezza, la sua forma! il contrappeso, il volano, la capacità di conducibilità termica dei metalli che si utilizzano, insomma, ci sono un migliaio di variabili e configurazioni possibili, ma resta di fatto che star li a fare ipotesi non giova a nulla, lo stirling è frutto di calcoli matematici, per non parlare delle versioni termoacustiche......... li ci sono 5 pagine di calcoli. Qundi, io ti darei semplicemente un consiglio: divertiti e fai tante prove, senza star troppo a tirarti matto, oppure vedi se riesci a prenderti una laurea in fisica e termodinamica ">

Hmmm, mi sa che hai ragione...la miglior cosa è costruire un prototipo funzionante e poi cambiare una variabile alla volta per vedere i risultati!!
Ci proverò, grazie dei consigli.

Cercando nel web ho capito che materiali usare.....per il displacer potrebbe essere di metallo vuoto all'interno e ricoperto in fibra di carbonio che resiste benissimo alle alte temperature (pensa agli scarichi delle moto rivestiti in fibra) e ha scarsa coducibilità termica. Per il cilindro che contiene il displacer ho pensato di farlo componibile in 3 parti flangiate: le due estremità,calda e fredda in alluminio,mentre la parte centrale in acciaio inox. guardando le tabelle dei vari materiali, l'alluminio ha una conducibilità termica circa 5 volte superiore rispetto ad un normale acciaio ed addirittura 15 volte superiore rispetto ad un acciaio al 30% Nichel.
Certo si può fare di meglio:l'argento ha una conducibilità termica doppia rispetto all'alluminio.(ma si va fuori budget)
Credo che quando un materiale ha una conducibilità di circa 10 volte superiore ad un altro,le prestazioni di due motori identici, ma costruiti uno con un materiale ed uno con l'altro sia ben differente (magari non 10 volte più potente, però.....)Quindi occhio anche ai materiali!!

Ovviamente la zona calda e fredda non dovrebbe essere a contatto, nemmeno con acciaio, infatti i modellini utilizzato tubo in acrilico, ma è chiaro che quando si parla di stirling più potenti e grandi di un modellino, e che non lavorano a pressione ambiente, è normale dovre utilizzare metallo che unisce le due camere, riguardo il displacer negli stirling di potenza è in metallo, in certi è di alluminio e in altri di acciaio....

Come?Il displacer negli stirling di potenza è in metallo?Ma se fino a poco fa dicevi che era una teoria sbagliata.......forse intendi che sono di metallo per ovvie ragioni di resistenza e che non se ne può fare a meno, ma e della mia idea di farlo in metallo (per la resistenza) e ricoprirlo in fibra (per isolarlo termicamente) che ne dici, è valida? (E' sempre da provare naturalmente,visto che il displacer è comunque da costruire in metallo si fa una prova col displacer"nudo" e poi una prova col displacer ricoperto di fibra.
Vedevo comunque che sul sito degli stirling della NASA, anche nella configurazione gamma e beta, il displacer fa tenuta sul cilindro o comunque ha tolleranze ristrettissime e il flusso d'aria non gli passa attorno,ma attraverso un"travaso"esterno al cilindro....un tubo che mette in comunicazione l'estremità calda e quella fredda, al cui centro è posto il rigeneratore,penso che facciano così per la maggior semplicità di costruzione del rigeneratore, invece di farlo di forma anulare e metterlo nel cilindro del displacer. C'è forse un altro motivo tecnico che ignoro?Ho provato ad allegare l'immagine,spero si riesca a visualizzarla (questa non è presa dal sito della nasa,ma il principio è lo stesso).
Ho inoltre allegato una seconda foto che figura uno stirling gamma di potenza che ha la parte riscaldata formata da un fascio tubiero......il mio dubbio è: sicuramente la superficie di scambio termico è maggiore e questo è bene,ma anche quando il displacer và nella zona calda, come fa a "svuotare" tutti i tubicini?NOn si crea un eccessivo volume morto?

Attached Image

Non visualizza l'altra immagine quella del rigeneratore esterno,riprovo......

Attached Image

il displacer è in materiale isolante solo nei modellini che lavorano a bassa temperatura! in quelli di potenza è metalico ed è ovvio no? come farebbe a sopportare lo stress di 5000 giri al minuto? il rigeneratore ha un peso, se lo faresti ancorato al displacer te lo devi tirare per 5000 giri al minuto.... se ci ragioni bene vedrai che trovi le risposte a tutte le domande......

il displacer è in materiale isolante solo nei modellini che lavorano a bassa temperatura! in quelli di potenza è metalico ed è ovvio no? come farebbe a sopportare lo stress di 5000 giri al minuto? il rigeneratore ha un peso, se lo faresti ancorato al displacer te lo devi tirare per 5000 giri al minuto.... se ci ragioni bene vedrai che trovi le risposte a tutte le domande......
sicuramente una copertura in carbonio migliora le prestazioni.