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Discussione: Nuova architettura stirling.. forse

  1. #21
    Appassionato/a

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    vediamo un po' di dirlo in altre parole... i dislocatori uniti si muovono in due "cilindri" torici (che poi saranno a sezione rettangolare.. vabbè) uno a sinistra come una parentesi aperta "(" e uno a destra come una parentesi chiusa ")" in queste due camere il gas (elio!?) alternativamente ed in maniera contrapposta, si espande e si contrae. Queste due camere sono unite da una terza camera torica (che poi sarà di sez. quadrata) fatta ad "U", dove un "pistone ad àncora" viene mosso dal delta P esercitato sulle facce contrapposte dalle due camere "(" e ")".. e qui, oltre che sui bracci del dislocatore, dobbiamo creare una "tenuta". Credo che si possa realizzare inserendo un liquido tra "cilindro" e "pistone" trattenuto in loco da gravita o dal magnetismo e forse dalla semplice tensione superficiale. A proposito hai da suggerirmi un programma semplice per fare il mio nuovo progetto in 3D?

  2. #22
    Appassionato/a

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    Ci ho pensato bene sulla tua idea, il funzionamento della macchina è un pò difficile da capire, ma l'ho visualizzato e senza dubbio fa un ciclo stirling, ma in questo momento ho anche notato un grosso svantaggio costruttivo che credo sia molto difficile da superare. E' evidente proprio dal disegno in sezione che hai allegato, le parti in movimento hanno una grossa sezione trasversale e quindi un fattore inerziale molto superiore ad un motore stirling a pistoni, e sempre analizzando il tuo disegno le sezione delle camere dove si sposta il gas sono molto ridotte rispetto alla sezione circolare del motore che hai disegnato, quindi a parità di cilindrata avrai un ingombro del motore molto maggiore in confronto ad uno stirling gamma a pistoni. Ma ti capisco quando abbiamo un'idea rivoluzionaria tendiamo a esaltare i vantaggi, e a minimizzare gli svantaggi. Complimenti per l'idea di mettere due cicli stirling in controfase, l'ho avuta anche io. Ti auguro di migliorare il tuo progetto o trovare un'altra idea, in fondo gli ingredienti del ciclo stirling sono semplici: una fase di riscaldamento, una fase di raffreddamento ed una variazione di volume opportunamente sfasata. Ciao SE-POL.

  3. #23
    Appassionato/a

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    Grazie SE-POL, obiezioni giuste, ma non ho in mente un motore per veicoli, quindi piccolo e potente, ma un motore per tirar fuori un po' di elettricità da bassi delta T. Quindi l'ingombro non è un problema, mentre l'inerzia interna sì, specialmente se insita in masse che hanno moti alternati (dislocatore e pistone ad àncora) ed è per questo che avevo ipotizzato dei finecorsa fatti con quarzi piezoelettrici per recuperare anche quell'energia (ma non so se questa soluzione può funzionare durevolmente). Di sicuro sia il dislocatore che il pistone ad àncora devono essere il più leggeri possibile ed equilibrati (baricentro centrato). Comunque per facilità costruttiva e prestazioni sicuramente il pistone ad àncora deve avere sezione quadrata mentre bisogna valutare la possibilità di avere un dislocatore a sezione rettangolare anziché quadrata.

  4. #24
    Seguace

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    Adesso il funzionamento mi è più chiaro. Concettualmente funziona come il secondo motore di stirling con pistone di potenza a doppio effetto e due cilindri caldi. Adesso che ho capito (non me ne volete ma a primo colpo non ci ero riuscito) posso passare ad una fase più propositiva.
    Primo togliti dalla testa le sezioni quadre. Cadresti nel problema delle tenute che prospettavo io. Infatti avevo interpretato il motore come bidimensionale con sezioni quadre e quindi tenute da fare tra tutti i lati e la cassa. PEr questo ero scettico sulle tenute. Con i pistoni tondi invece ricadi nel caso dei normali pistoni con guarnizioni ad anelli (segmenti in gergo tecnico) che non spaventano nessuno e sono equivalenti a quelle di un normale cilindro. Su questo puoi stare tranquillo. Girano motori a combustione interna con pistoni toroidali da 50 anni e tutti dotati di normali segmenti di serie.
    Esempi utili:
    Roundengine

    YouTube - new engine

    Soprattutto il secondo è molto centrato. Tra l'altro nessuno dei due ha inventato niente. I due concetti erano citati già come appartenenti alla letteratura tecnica nei miei libri di testo universotari di 20 anni addietro.
    Per le tue preoccupazioni sugli urti dimentica anche quelle. Essendo il motore movimentabile con manovellismo ordinario urti non ce n'è. I pistoni si avvicinano alle testate senza mai toccarle.
    Sul rigeneratore mi sono già espresso, ma se tu volessi integrarlo sarebbe semplice applicarne uno esterno. Questo ti permetterebbe di portare fuori anche gli scambiatori del tipo a fascio tubiero ed elimineresti anche i limiti di scambio termico, trasformando un concetto Low Dt in un concetto applicabile anche in alte temperature.
    Per le inerzie basta fare i pistoni cavi, come cioè un tubo curvato e tappato. Se poi porti gli scambiatori fuori, rimanendo a contatto solo le due facce esterne di essi (i tappi...) in realtà potresti avere due sezioni di cilindro alte poco più delle fasce collegate da una barra curvata di piccolo diametro.
    E con quest ospero di aver parlato di tutti gli aspetti del motore. Se mi verrà in mente altro lo scriverò in un momento di minore stanchezza. Ho il fuso orario da ora legale....
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

  5. #25
    Appassionato/a

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    come ho già detto il mio obiettivo è un low Dt quindi tenute di poco Dp ma sicuramente poco attrito, quindi niente fasce strisciati . Non avrebbe senso il pistone ad àncora a doppio effetto, basterebbe un cilindro cilindrico interposto tra tra i due cilindri caldi e torici tipo (--) per tornare alla similitudine con le parentesi. Il tutto avrebbe una semplificazione costruttiva anche se bisognerebbe inventarsi qualcosa che "tenga" il cilindri caldi separati. Per i fine corsa non sono preoccupato posso utilizzarli in diversi modi, vorrei utilizzare una manovellismo diverso per il dislocatore in maniera di mantenerlo in posizione favorevole il più a lungo possibile ma questo genera un andamento a scatti e quindi con il fine corsa da gestire. Devo mettere in cantiere la versione 2 con un rigeneratore molto prestante (credo) dislocatore meno grande.. spero di disegnarlo a breve. Nessuno che mi aiuta con il 3d?

  6. #26
    Seguace

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    Per il 3D posso consigliarti, perchè user frendly e abbastanza diffusi tra gli studenti, l'Autodesk Inventor ed il Solid Edge. Tutti e due parametrici.
    Con il primo più rigoroso ed il secondo più semplice da usare e da far girare su macchine datate (1 Gb Ram basta ed avanza dove l'altro arranca con meno di 2). Con i tutorial si impara in poco tempo.

    PS. Gli altri CAD tipo Catia, UG, ProE sono più impegnativi.
    Ultima modifica di nll; 21-09-2013 a 02:39 Motivo: Unione messaggi consecutivi dello stesso utente
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

  7. #27
    Appassionato/a

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    Dopo più di un anno ecco il quello che avevo in mente. é un po' piccolo ma non so se riesco ad immetterlo di dimensioni più grandi.

    Seconda animazione più grande e con ripetizione
    Immagini Allegate Immagini Allegate
    Ultima modifica di nll; 21-09-2013 a 02:40 Motivo: Unione messaggi consecutivi dello stesso utente

  8. #28
    Appassionato/a

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    Exclamation

    *** Sollecito rimosso. Violazione art.1 del regolamento del forum. nll ***

    Comunque vediamo di inserire qualche commento in più, rispetto all'animazione.
    Allora, l'architettura è formata da 2 Stirling gamma sfasati di 180°. I due dislocatori sono tra loro solidali ed incernierati al centro. La loro posizione è data da un manovellismo bistato che permette l'auto avviamento. I cilindri di potenza sono contrapposti per ridurre al massimo il volume morto. Al centro c'è un rigeneratore dinamico estremamente efficiente che permette di rigenerare il fluido senza penalizzarne il transito, più che un rigeneratore dovrebbe definirsi un semplice scambiatore. Le tenute (un rosso) sono cilindriche per i pistoni di potenza, mentre sono toroidali per la separazione dei due dilocatori. Quest'ultime possono essere sostituite da un bagno di ferrofluido in caso si basse temperature e bassi delta T, rendendo il motore estremamente facile da costruire. *** Sollecito rimosso. nll ***
    Ultima modifica di nll; 21-09-2013 a 02:43

  9. #29
    Seguace

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    Ciao IlioM. Non è per cattiva volontà che facciamo fatica ma per mancanza di tempo.
    Io lo avevo guardato, ma anche con l'animazione ho fatto fatica a capire.
    Forse una animazione tridimensionale ci aiuterebbe a capire di più.
    Ad esempio non ho capito come agiscono i dislocatori. Per Quello che capisco hanno unb movimento angolare limitato, mentre le due sorgenti calda e fredda sono distanti. L'impressione è che il fluido potrebbe ristagnare invece di spostarsi da una camera all'altra.
    Però non prenderlo come giusdizio assoluto. Potrei essere io che non ho capito. Anzi sicuramente è così. Rimando un giudizio più approfondito a quando ci avrai spiegato meglio la proposta.
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

  10. #30
    Appassionato/a

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    Ciao Stranamore. Come avevo scritto nel post 21, io faccio scorrere i due dislocatori nelle due camere, dx e sx, una forma di parentesi aperta "(" e l'altra a forma di parentesi chiusa ")". Le due camere NON sono comunicanti ovvero non si scambiano fluido. Quindi quando il dislocatore (doppio) ruota non fa altro che spostare il fluido dall'alto in basso mentre nella camera opposta avviene l'inverso. In questa 2° versione ho aggiunto i rigeneratore dinamico. Prendendo in considerazione il solo stirling di destra, la camera a la forma di una "D" dove nella parte curva ")" lavora il dislocatore mentre il fluido è "costretto" a passare verticale "|". E, dato che, nella camera di sx avviene la stessa cosa ma in senso inverso nelle 2 pareti verticali ( || ) si ha un proficuo scambio di calore.

    con le parole l'abbiamo sempre fatto, con il 2D lo stiamo facendo, con il 3D ci stiamo attrezzando

  11. #31
    Seguace

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    Ho capito un poco di più dalla tua spiegazione.
    Molto bello l'accoppiamento "campanario" tra pistone e displacer. Fu utilizzato anche dal prof. Kolin per il low deltaT. Una delle migliori soluzioni al problema della discontinuità del moto del displacer, anche se adatta solo per potenze limitate.
    Molto intuitivo anche lo scambio in controcorrente rigenerativo tra i fluidi dei due circuiti, che però richiede appunto che i due displacer siano linkati in esatta opposizione di fase.
    E questo ci porta al vero problema.
    Lo sfasamento tra il movimento del displacer ed i pistoni di potenza sarà corretto per uno dei due cicli, mentre non mi sembra possa esserlo per entrambi contemporaneamente.
    Tu che hai a disposizione i file originari dell'animazione puoi però verificare disegnando le fasi dei 2 cicli a fianco dei movimenti.
    Se questo problema non dovesse esistere direi che il concetto per un low delta T potrebbe essere senz'altro degno di essere costruito. Non consiglio di avventurarsi sulle alte temperature perchè le superfici esposte sono notevoli e + si sale di temperatura + si disperde calore e si rischia di fondere.
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

  12. #32
    Appassionato/a

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    Bella disanima, ma (c'è sempre un ma) quello che tu affermi "sfasamento corretto per uno e non per l'altro" non è giusto. Negli Sirling "normali" lo sfasamento del displacer è di 90° rispetto al pistone quindi sarebbe di 270° per il pistone contrapposto. Quindi come dici tu per uno va bene per l'altro no. Nel mio "modello" il displacer è sfasato di 180° e questo lo rende corretto anche per il pistone contrapposto. Domani estraggo altri video dall'animazione originale, mettendo in evidenza il singolo stirling. Premettendo che non sto cercando di fare concorrenza a motori endotermici, non capisco le problematiche che esponi per le alte temperature, dato che sono state già risolte dai motori endotermici (che normalmente non fondono). Comunque il mio obiettivo è quello di ricavare (poca) energia da un basso salto termico perché più funzionale (solare, condensatori, scarichi)

  13. #33
    Seguace

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    L'accoppiamento a 180° di due Stirling collegati, comporta uno sfasamento e un ritardo quindi di 1/2 giro, non un'inversione del ciclo (leggi comparsa del ciclo freddo per l'altro) come mi pareva di aver dimostrato matematicamente e graficamente nel post#94 della discussione "Motori esotermici a doppio effetto"...

  14. #34
    Seguace

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    Il problema delle temperature non è risolto, nel senso che in un MCI viene risolto raffreddando tutte le pareti. Ma li la generazione del calore è in seno al fluido, quindi con una superficie esposta piccola (la superficie viaggia con il quadrato del raggio) rispetto alla generazione di calore (il volume viaggia con il cubo del raggio, e la quantità di calore generata dipende dal volume di miscela e dalla sua densità).
    In uno stirling invece il calore viene trasmesso attraverso delle pareti, che per forza di cose devono essere almeno alla temperatura del fluido di lavoro.
    La gemetria complicata poi aggrava il problema. Per questo avevo suggerito una applicazione Low DeltaT, che mi pare coincida con le tue intenzioni.
    Lo sfasamento a 180° tra pistone e displacer non è corretto. Viene meno la fase di compressione del fluido prima dello scambio termico. Il fluido non percorre più un ciclo a 4 trasformazioni a due sole.
    Può funzionare lo stesso, ma a rendimento molto ridotto. Lavora in pratica per sola espansione/implosione termica, saltando le fasi di compressione/espansione.
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

  15. #35
    Appassionato/a

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    Prima di rispondere posto, per migliore comprensione, il singolo stirling di destra che ha la camera a "D" (fluido isolato)

    Per Stranamore: Ora ho capito quali erano le tue perplessità per quel che riguarda le alte temperature (fluido caldo di se, pareti raffreddate anziché fluido da scaldare, pareti ancora più calde). Si potrebbe risolvere togliendo/isolando il pistone di potenza dalla testa calda, come già avviene per le tenute toriche dei displacer, e magari, facendoci passare il fluido raffreddato. Ma, come detto, l'obiettivo è un altro. Per quel che riguarda il rendimento (credo che) dovrebbe essere migliorato, in quanto vengono annullate, o ridotte, le fasi di compressione/espansione che sono passive (richiedono lavoro) a favore delle fasi di espansione/implosione che sono attive (danno lavoro) ed in quintali, dato che ad ogni trasformazione di energia vi è un perdita, ho meno trasformazioni tra cinetismo e calore. In qualsiasi caso si può variare l'anticipo con cui si muovono i displacer.
    Per Rampa: il movimento del displacer è a scatti e viene avviato prima del punto morto (180°). il "quanto" prima può essere regolato/calcolato. Non ha senso, ma teoricamente, potremmo farlo iniziare anche a metà della corsa del pistone di potenza (90°) rendendo il resto della corsa "passiva".. ma non ne vedo il vantaggio anzi...
    Immagini Allegate Immagini Allegate
    Ultima modifica di nll; 15-09-2013 a 22:58 Motivo: Unione messaggi consecutivi dello stesso utente

  16. #36
    Seguace

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    Diciamo che se ti tieni su un low delta T, e la temperatura di lavoro è abbastanza bassa da permettere la costruzione del displacer in materiale ultraleggero (tipo polistirolo espanso per capirci) il tutto, dopo essermi rguardato bene l'ultima animazione che hai postato, potrebbe funzionare in maniera egregia.
    Spiego il senso di questa mia affermazione.
    In un motore reale, che tiene conto degli attriti e delle inerzie, sarei costretto ad anticipare l'azionamento del displacer per far sì che non ci sia "urto". Un azionamento istantaneo al punto morto come illustrato sarebbe distruttivo nel caso di displacer dotato di peso non trascurabile. Il necessario anticipo di azionamento andrebbe ad inficiare i tempi di scambio da un ciclo all'altro.
    Ma se il displacer è di massa trascurabile, trascurabile sarà la sua inerzia, e quindi potrebbe andarmi bene l'azionamento impulsivo in quadratura al punto morto ipotizzato da IlioM.
    E' vero che si riducono i tempi disponibili per lo scambio rigenerativo, ma è pure vero che in low delta T il rigeneratore serve spesso a poco, per la limitata escusione di temperatura del ciclo e perchè in questi motori pesano più le resistenze fluidodinamiche che l'efficienza del rigeneratore.
    Da questo punto di vista lo scambio in controcorrente, senza la matrice tipica del rigeneratore, che è quella che fa la caduta di pressione, potrebbe addirittura rivelarsi un grosso vantaggio.
    Direi che il concetto è degno di essere promosso allo stadio successivo, quello dello studio delle tenute.
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

  17. #37
    Appassionato/a

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    Predefinito Tenute

    Bene, per essere "visionario" mi invento cose che "potrebbero" funzionare
    Al di là del fatto che avrei idee su smorzamento di urti, anticipi e recupero del cinetismo, utili per uno stirling di potenza che, come detto non è l'obbiettivo, veniamo alla spiegazione delle tenute. Ce ne sono 6, 3 per ogni stirling gamma. La prima, normale, nel pistone di potenza scorrendo in un cilindro. Le altre 2 sono toriche, scorrendo nel toro che unisce i due dislocatori. Nella animazione sono evidenziate in rosso. il uno stirling a bassa temperatura (90°-100°) credo che questa complicazione si possa ovviare utilizzando una corona circolare in alluminio annegata in ferrofluido tenuto in sede da magneti.
    Dato che li mio obiettivo è di estrarre (poca) energia (elettrica) da bassi delta T a basse temperature, gli urti potrebbero essere smorzati da cristalli piezoelettrici.

  18. #38
    Appassionato/a

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    Predefinito Animazione originale

    Allego l'animazione full size che è uno gif zippato.
    File Allegati File Allegati

  19. #39
    Appassionato/a

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    Predefinito

    Mi è venuto in mente che oltre che essere uno stirling di tipo gamma, autoavviante, ottimizzato con movimento quadro del dislocatore iperquadro, rigenerazione dinamica e riduzione attriti per manovellismo, è anche pressurizzabile a piacere, senza dover pressurizzare i manovellismi, ovviamente finché "tenute non ci separino!".
    In soldoni, variando a piacere la pressione media interna, il funzionamento è indifferente rispetto alla pressione esterna, quest'ultima influisce solo sulle tenute.

  20. #40
    Seguace

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    Ciao IlioM. Purtroppo il motore non è autoavviante, come peraltro qualunque gamma del mondo. Infatti il dislocatore viene movimentato dai pistoni. Ma a pistoni fermi presumibilmente la pressione che si sviluppa nei due circuiti è simile.
    La movimentazione ad inerzia del displacer, concetto valido, tanto che anche io ho nei miei archivi un beta ringbom con movimentazione del displacer assistita da inerzia, può aiutare rispetto ad un gamma puramente cinematico ad avviarsi facilmente, ma per capire realmente come si comporta il motore bisognerebbe simularne cinematicametne il movimento. Non come semplice animazione, o meglio con una animazione in cui le posizioni riflettono i risultati del calcolo. Ovvio che lo so che è complicato. Ma sono un calcolo simile può dare, se non certezze, dei buoni punti di indirizzo.
    Per quanto riguarda le tenute, la loro estensione è critica.
    Mi piacerebbe che tu ci postassi la loro configurazione e magari con un calcolo della loro estensione totale.
    Come ho già detto ritengo il concept di principio interessante.
    Ma devi fare un dimensionamento ed un progetto pratico per capire alla fine quali compromessi si devono fare per metterlo in pratica.
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

  21. RAD
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