Ciao Stranamore,
meglio fare un po di ordine ed entrare meglio nei dettagli costruttivi (premetto che io mi occupo di tuttaltro lavoro) ma dopo 4 anni di ragionamenti tra me e me, tiro le somme e secondo cio' che io abbia capito in tutto questo tempo e' che per poter funzionare un sistema termodinamico si deve essere capace di imbrigliare piu' energia termica possibile evitando il piu' e possibile che si disperda in convezione e conduzione con l'ambiente esterno, e di creare un salto termico il piu' elevato possibile.
(almeno questo e cio' che io fino adesso ho capito)
sulle tantissime possibilia' offerte dalla natura a parita' di sforzo/lavoro ottenuto io mi fermerei sul motore a vapore (che comunque e' anche il piu' strausato).
sul mio progetto a parte il motore che sara' di cilindrata circa 2000, punto ad ottenere moltissima coppia a bassa pressione, ma chiaramente mi serve molta portata al min.
e stabilita' di pressione, ecco perche' ho pensato all'accumulo, in maniera di allivellare le curve di produzione energia termica.
sul brayton o su altri sistemi tipo turbine, credo dovrei fare i conti con componenti
chiaramente tu mi evidenzi la pericolosita' del vapore a 300°C, ma chiaramente io non ho mensionato tutti i dispositivi di controllo e sicurezza
che l'impianto avra a bordo macchina, tipo plc dedicati, termocoppie in varii punti, valvole limitatrici, e tanti altri strumenti che lavoreranno in sinergia per bloccare tutto ad ogni minimo sintomo di avaria.
tornando sui dettagli del sistema a vapore (che e' quello che mi e' piu' fattibile) sul contenitore di accumulo anziche mettere ferraglia o milioni
di bulloni e dadi per riempire il metro cubo per poi completare con olio diatermico che farebbe solo da vettore termico, giustamente entra in ballo
la dilatazione dei metalli che porterebbe a spaccare la vasca (immagini di quanti millimetri a 300° si gonfierebbe) metterei degli scarti di marmo
che li avrei gratuitamente, lasciando un'intercapedine di mezzo centimetro per sopperire alle dilatazioni possibili, poi in riferimento al calore raggiunto lo controllero' ed evitero' che si superino i 300° (visto le dimensioni dell'accumulo la salita di temperatura non sara' molto rapida, quindi facile da controllare.
parlando della caldaia dell'acqua non superera i 150° perche' anchessi controllata tramite pompa ad impulsi a velocita' variabile su plc collegato ai bulbi termocoppia e manometri elettronici, che a loro volta garantiranno una percorrenza dell'acqua ad una velocita' tale da scambiare 150 gradi e non oltre.
(quindi in caso di produzione vapore a dismisura rispetto al fabisogno del motore a vapore, una parte di vapore lo faro' scaricare in atmosfera)
quindi riepilogando abbiamo un accumulo di pietra lavica e marmo, controllato a 300°, una caldaia all'interno (che nel caso qualcosa non va, basta fermare
l'immissione dell'acqua ed aprire il circuito caldaia da entrambe i lati, quindi la caldaia salira' a 300° ma non avra' pressione per rompersi.
come mai tu mi parli di basso rendimento visto che con dei pistoni fatti in casa, leggerissimi e tutto il bilellismo montato su cuscinetti prodirrebbe
una spinta tale che a 150 gradi spingerebbe spaventosamente da piegare l'albero motore se verra fermato?
ancora non so quanta coppia Nm/s di produrrebbe sul pesante volano a bordo albero motore, ma intendo fare girare lentamente per evitare di bilanciare in maniera precisa, dopo sul volano moltiplichero' la velocita' con componenti bilanciati e precisi.

spero tu ora entrerai in sintonia con il mio modo di vedere le cose, ma sei libero di contrastarmi....anzi fallo pure, sgagliando si impara

ciao e grazie del tuo apporto

Il motore a vapore

Non me lo sogno nemmeno di contrastarti, semmai di consigliarti.
Avevo scritto una lunga mail, ma me la sono persa per un errore banale.
Non ce la faccio proprio a riscrivere tutta la spiegazione sul rendimento dei motori a vapore e sul perchè è basso. Mi limito a postarti uno schema di espansore di vapore detto a ricompressione che è il più semplice da costruire (valvole praticamente automatiche) e che oltretutto è quello dal rendimento più elevato.

Animated Engines, CO2 motor

A questo schema devi solo aggiungere il condensatore e la pompa di liquido tra questo e la caldaia.
Consiglio da amico: minimizza tutto il volume di liquido (acqua) del circuito. L'acqua vaporizzando esplode, l'olio diatermico no. Quindi via libera alle tubazioni di olio ed eliminazione di quelle di acqua.
Fossi in te metterei la caldaia direttamente in testa al motore, con volume minimo e dimensionerei la pompa dell'acqua molto piccola. La pompa la farei elettrica e pilotando questa ed una valvola proporzionale sul circuito dell'olio che porta il calore fare la regolazione del motore. Va da se che se non mando liquido in caldaia (intesa come scambiatore olio acqua) il motore si fermerà. Esistono degli scambiatori commerciali in acciaio brasato che farebbero al caso tuo. Da verificare però le pressioni di esercizio.
Concordo sui 150°C. Anzi sono già tanti. Se guardi nelle tabelle acqua-vapore fanno già parecchi bar. Non andrei oltre in ogni caso. E non mi fiderei molto dei controlli elettronici e del PLC. Nulla da eccepire sul principio, ma nella pratica ogni sistema complesso richiede una calibrazione. E tra una prova e l'altra ci scappa facilmente l'incidente.
Opterei per un circuito intrisecamente sicuro. Tipo termostati a cera (quelli dei motori automobilistici) tarati per la temperatura giusta che pilotino i circuiti di miscelazione in modo da mantenere le temperature giuste nel circuito olio. E una termocoppia che interrompa l'alimentazione della pompa acqua appena il vapore supera una prefissata temperatura. Meglio ancora un circuito anche con pressostato. Perchè quella pericolosa alla fine è la pressione.
Spero di essere stato d'aiuto.
Sempre disponibile per aggiornamenti. Ciao

Ciao Stranamo,
Innanzitutto ti ringrazio per l'apporto tecnico e la tua grande disponibilita'
ho visto il link e volevo chiederti una domanda
con pistone tutto sopra rimane la luce di scarico aperta verso il carter, e' normale?
(io credo ci sia un errore grafico di animazione)
cmq io ero indirizzato su quello locomotive ma se tu dici che questo schema e il migliore allora vado con questo.

ciao e grazie ancora

e come rendimento a quanto potrebbe arrivare?

motore a vapore

salve a tutti, i motori alternati a vapore con il migliore rendimento sono stati i navali , con rendimenti a detto di chi ci ha lavorato sopra del 30%,velocità albero sui 100 150 giri minuto, ora non saprei dirvi di più,

grazie gordini, cè qualcun'altro che ha notizie sul rendimento del motore proposto da stranamore?

Ciao Stranamore . Ok non voglio rischiare di cadere nella polemica va bene così ,
sarà il tempo e il mercato a decidere . Ivo Kolin è solo uno dei tanti autori , ce ne sono anche tanti altri . Comunque anche tu puoi continuare a perdere tempo , anche se il problema è fuori dalla tua portata . Saluti . Spartano .

motori a combustione

Vedi Caro Spartano, non vorrai cadere in polemiche, ma già hai fatto polemica, si il tempo e il mercato ai citato, nulla di nuovo, anche io vivo di vecchi obsoleti motori endotermici, e ancora oggi dopo oltre cento anni nulla è ancora meglio, eccetto qualche ciacchera e studi fatti coi soldi di tutti, la ricercha serve non solo per parcheggiare tutti, il risparmio ora è il primo reale passo per l'efficenza energetica, saluti

Si, l'apertura dello scarico, con il pistone al punto morto superiore, è funzionale perchè permette al carter sotto al pistone di raggiungere la pressione del condensatore. Il rendimento, non dell'espansore che da questo punto di vista tra quelli a vapore è il migliore mai costruito, ma dell'impianto motore nel complesso è basso. Tenete presente che se è vero che i migliori motori navali arrivavano a crica il 30% si parlava comunque di tutte altre dimensioni, temperature e pressioni. Ragionevolmente parlando io vedo un tetto massimo del 15%. Ottimistico in verità. Tenete presente che il 10% è abbastanza comune per un piccolo impianto ORC (che è un impianto a vapore di fluido organico) e che in genere sulle piccole potenze è in vantaggio rispetto al vapore d'acqua.

orc

Stranoamore, con cosa fai funzionare il piccolo orc, saluti

I fluidi commerciali sono della famiglia dei clorofluorocarburi. Hanno il vantaggio di avere una espansione "secca" senza condensazione che con il vapore d'acqua è un grosso problema per le turbine e per gli espansori in genere. Per il resto il circuito è concettualmente identico. L'alta massa molecolare del fluido aiuta ad avede alte potenze con piccole cilindrate. I rendimenti però sono comunque basssi. Migliori del vapore d'acqua per i piccoli salti di temperatura però. Per gli alti delta però il vapore è meglio, se non altro perchè questi fluidi non possono superare i 300°C circa.

Ciao Stranamore,
Ho capito... ma io ho in mente di costruire il motore artigianale e vorrei mettere il biellismo tutto su cuscinetti quindi evitando lubrificazioni e carter aperto, cosi' facendo il ciclo secondo te avra' grosse perdite oppure perderei qualcosinaa, ma andrebbe discretamente bene?

che ci sia il passaggio della pressione di scarico sotto il carter e' di vitale importanza?

Assolutamente vitale. Se no il pistone espande contro la sovrappressione del carter. Guarda che proprio la possibilità, anzi la necessità, di mettere tutto su cuscinetti a rulli/sfere ti permette di non avere problemi. Infatti non avresti proprio olio nel carter quindi il fatto che sia in contatto con il condensatore ti avvantaggia senza avere controindicazioni. Il problema sarebbe stato se tu avessi voluto mettere tutto lubrificato a olio e su bronzine. Li si che ti sarebbe servito un separatore d'olio dall'acqua di condensa.
I lrendimento meccanico sarà ottimo, specie se utilizzi, viste le basse temperature in gioco, anelli di tenuta per il pistone in Teflon, Rulon o Viton.

allora se ho capito bene posso costruire il biellismo tutto su cuscinetti lasciando il tutto aperto (a pressione atmosferica) ma la luce di scarico aperta verso il basso porterebbe il vapore a disperdersi nell'ambiente???

in merito alle tenute dei pistoni potrei realizzare direttamente i pistoni in teflon al tornio?

Se tiene meccanicamente si. Solitamente si realizza il pistone di metallo (es alluminio tornito) tornendo una gola per il segmento di tenuta che poi si realizza in teflon. Certo che non è banale lavorare il teflon su bassi spessori. Un'altra possibilità è il pistone composito. Due dischi in alluminio che prendono in mezzo un disco di teflon di diametro leggermente maggiore. Il tutto tenuto da una vite che tiene anche l'attacco per la biella (un occhiello o simile).
Per la luce di scarico deve essere aperta si, ma verso il condensatore. Cioè non deve essere aperta in maniera particolare. Essa comunica con il condensatore, e quando il pistone arriva giù scarica il vapore espanso, quando arriva su la luce si scopre sul carter permettendo di sfogare la pressione di quel vapore che ogni volta (si spera in minime quantità) sfugge dall'anello di tenuta. Così la pressione rimane al livello del condensatore. Se fosse in comunicazione con l'atmosfera invece non servirebbe neanche un condensatore, perchè perdresti comunque l'acqua e non sfrutteresti tutta l'espansione.

Ciao Stranamore,
tornando al link che mi avevi mandato sull'animazione del motore ho visto un'altro modello (locomotive) quanto pare e' stato costruito a dismisura da tantissimi e cioe' con valvole a cassetta, cosa ne pensi se costruirei quello?

opterei per quello li, per il semplice motivo che vorrei evitare di far strisciare l'anello di tenuta sullo scarico che se non opportunamente lavorato porterebbe al degrado immediato, invece con le valvole a cassetta sia il carico che lo scarico posso posizionarle sulle teste opposte facendo lavorare il pistone sempre su superfice liscia. che ne pensi?

Per tutta una serie di motivi il sistema a cassetto è altamente inefficiente. Non sto a dilungarmi sulle cause ma il motore che ti ho postato è stato poi studiato per risolvere proprio quei problemi.
Inoltre il sistema di valvole qui è molto più semplice non richiedendo nessun linkaggio con l'albero motore. Il problema dell'anello che striscia sullo scarico è facilmente risolvibile. Basta raccordare opportunamente i bordi della luce con una moletta in modo che l'anello sia invitato a salirci sopra. Altra possibilità è metterci un traversino al centro. Sono soluzioni tipiche da 2 Tempi, dove sono state utilizzate a lungo e con profitto.
Questo tipo di motore effettua una ricompressione spinta che evita la condensazione del vapore sulla parete della testata, che per il sistema a cassetto era un grande problema pratico e fonte di perdita.

mio progetto in cad

Anticipo una foto sul mio progetto del motore a vapore....................lavori in corso!!!

Ciao albatronik. Visto che hai optato per il sistema a vapore ti proporrei di aprire un apposito topic. Questo si intitola "Motore brayton a combustione esterna" e mi piacerebbe tenerlo sul tema perchè il tema mi è molto caro.
Stai tranquillo che lo seguirò comunque.

Per il tuo progetto posso solo dirti che strutturalmente non sta molto in piedi. Se non controlli le pressioni ti si abbotteranno i cilindri (prenderanno la pancia) e poi perderanno i segmenti abbastanza in fretta. Non vedo le luci di scarico ne come attaccherai il condotto di scarico ad un cilindro realizzato da tubo spezzonato come questo.

Topic originario

Cerco di tornare al topic originario proponendo cose "nuove".
A questo link: http://www.proepowersystems.com/PROEHOME.HTM

trovate il sito di un moderno produttore di motori a ciclo Ericcson (che tutti sanno oramai essere la versione bella del Brayton con rendimento ideale pari a quello di CArnot e quindi anche pari a quello dello Stirling ideale) che ha anche ricevuto un importante finanziamento di ricerca dalla Nasa per lo sviluppo del motore.
Nell'allegato trovate anche una loro comparazione rispetto allo stirling che io trovo interessante ancorchè sicuramente di parte.
LA parte interessante perchè veramente esemplificativa è in realtà sul confronto tra combustione interna ed esterna. Al di là di ogni ragionevole dubbio, e questo non secondo loro ma è fatto risaputo, la combustione interna, che sia continua o discontinua, è enormemente in vantaggio. Ovviamente se il combustibile lo permette. Infatti se c'è una cosa che non ho mai visto su nessuno stirling autocostruito è un recuperatore di calore tra i fumi e l'aria in ingresso al bruciatore. Senza questo il rendimento della macchina è pura utopia, ed il loro documento lo mostra molto bene.
L'unica applicazione per cui l'assunto non vale è il riscaldamento esterno radiativo (in prima approssimazione), cioè alimentazione solare.
Spero che questo sia di spunto di riflessione per tutti gli appassionati d imotori a combustione esterna. Senza questo recuperatore il rendimento non esiste, e purtroppo questo componente è costosissimo.
Ma percè il Brayton/Ericcson non ha gli stessi problemi?
Semplicemente perchè a differenza dello stirling funziona indifferentemente con combustione interna o interna. Il fatto di avere le valvole glielo consente. La separazione funzionale dei componenti permette addirittura di prendere un motore Brayton a combustione interna e sostituire la camera di combustione con uno scambiatore ed ottenere così la versione a combustione esterna o viceversa.
Non male no?

La tecnologia PROE spiegata

Ecco la spiegazione con gli schemi del motore PROE. Cred osia comprensibile ai più nonostante l'inglese.

Ciao Stranamore,
Hai ragione rischio di uscire fuori tema, (perdonatemi!!!!) non e' di mia intensione.
Cmq adesso ne apriro' uno tutto nuovo.
Nel fra tempo voglio risponderti sulle tue perplessita' a riguardo i cilindri, vedi che il disegno e' incompleto mancano ancora molti elementi costruttivi (ho voluto postare un assaggio del mio progettino in fase di crescita) e i cilindri non credo che si gonfieranno sono fatti si con dei tubi....ma si tratta di un tubo riciclato da pistoni oleodinamici di un ribaltabile che credo sia molto al di sopra in termini di capacita' perchè fatto per tenere molti bar di olio in pressione (sul disegno si vede in semitrasparenza per far vedere l'interno...non sono cilindri di plaxyglass
Invece a riguardo la tipologia di motore brayton e' stato il mio primo amore..ma dopo aver compreso la potenza del vapore lo quasi totalmente abbandonato. dal mio parere (correggimi pure se sbaglio) a parita' di sforzo investito in calore si raggiunge molta piu' spinta sul pistoni. facile portare vapore a 130/150 C° invece su brayton per ottenere la stessa spinta bisogna salire a circa 450/500 C° e qui che diventa tutto piu' complesso.
Se invece parliamo in termini di rendimento su larga scala allora di sicuro il vapore diventerebbe critico gestirlo, quindi l'aria surriscaldata e' piu' sicura.

Ti chiedo l'ultima cosa sul mio motore dopodiche mi trasferiro su di un nuovo post,
riguardo le valvole di scarico, ho pensato di mettere una valvola per cilindro direttamente sul pistone e cioe' hai resente le valvole delle auto, bene! immagina una valvola passante sul pistone con il corpo cavo, appena il pistone arriva giu' il gambo tocca il fondo nel mentre che ancora il pistone va giu' per qualche millimetro la valvola si sollevera' facendo passare il vapore all'interno della valvola cava portando il vapore sotto il pistone dove trovera' l'uscita (raccordata con valvola di non ritorno per impedire la trasmissione sugli altri cilindri) verso il condensatore (quindi anello di tenuta che scorre sempre sul cilindro intero)
Questa e' una mia idea....spero di non aver detto una cavolata planetaria

Grazie della tua bonta'

Analisi

Allora vediamo. Si mi era chiaro che non fossero di plexiglass, ma non ne conoscevo la resistenza.
Per le valvole direi che in teoria funziona, ma non credo che il livello di affidabilità sia buono. Esistono prototipi di motori a combustione con valvole simili nel pistone ma ovviamente si tratta di ben altri materiali. Inoltre appesantiresti il pistone (valvole, sedi, molle spessore del pistone per alloggiare il tutto...) e quindi avresti maggiori problemi di equilibratura.
Ma perchè ti sta antipatica la semplice luce laterale? Di più semplice non c'è niente.
Per il confronto vapore-brayton devo dire che se è più facile ottenere potenza a basse temperature dal vapore (non esiste praticamente lavoro di compressione e per basse temperature il ciclo si approssima più di molti altri a quello di carnot) lo stesso non vale per il rendimento a causa dell'enorme calore di vaporizzazione dell'acqua. In poche parole si ottiene si lavoro, ma a spese di una enorme quantità di calore.
Anche per questo s isono sviluppate le ORC, il fluido organico impiegato ha un calore di vaporizzazione molto più basso dell'acqua e quindi alla fine rendono di più. Non sono però adatte alle alte temperature dove questi fluidi si decompongono.

I Brayton moderni

Per tutti quelli che continuano a postare affermazioni tipo: come mai non si vedono in giro i brayton ma solo gli stirling, io continuo a postare informazioni su motori brayton modernissimi ed efficientissimi.

Al link: Engine Animation

trovate l'animazione dello starrotor. Questo motore è un brayton rigenerato molto avanzato che utilizza rotori a lobi per il compressore e l'espansore. L'assenza di valvole comandate (i rotori sono autodistributori tramite luci) e di forze alterne da equilibrare rende questo motore volumetrico molto simile ad una turbina. Il suo rendimento inoltre, sulle piccole taglie, è molto superiore ad una turbina per l'alta efficienza delle macchine volumetriche. Efficienze adiabatiche di compressione ed espansione superiori al 90% nel campo delle turbine sono possibili solo con taglie di vari megawatt.
Per gli scettici il motore esiste in numerose versioni funzionanti, anche doppio stadio (pressioni max pari a 36 bar).

il link non funziona, ma tutto il discorso sui Brayton è molto interessante!

però nelle loro F.A.Q. si legge questo:

Q15. Do you have a working engine?

Answer: Not yet. The key components of the engine, which are the compressor and expander, have been designed by StarRotor. We currently have a working compressor (which can also be used as a low-temperature expander). We are working on getting a high-temperature expander, recuperator, and combustor in place to complete, assemble, and test the engine
(il corsivo è mio - ndr)

Inoltre, le loro News sono aggiornate al 1 nov. 2007.

A parte questo, fino ad ora credevo che fosse importante inviare l' aria al compressore più fredda possibile, invece in questo motore viene riscaldata nel recuperatore, c' è una spiegazione per questo fatto?

grazie

amir

A me il link funziona.
L'aria non viene riscaldata prima della compressione ma dopo, prima dell'immissione nel combustore, questo innalza l'efficienza, lo scambiatore di calore in questo modello ha la stessa funzione del rigeneratore negli stirling.

Sì, guardando meglio visto che in effetti è come dici tu, ora mi torna, grazie.

amir