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Stirling no- piston

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  • Stirling no- piston

    M'era venuta l'idea di sostituire il pistone di potenza con un fluido, in questo caso olio diatermico, che fosse in grado di far girare una turbina.
    Lo schema è molto semplice, quasi banale.
    Le valvole unidirezionali collegate al corpo motore, consentono un flusso del fluido sempre nello stesso verso.
    I vasi di espansione consentono di rendere meno discontinuo il funzionamento della turbina.
    Il dispositivo consente di lavorare in ambiente pressurizzato, essendo ermeticamente chiuso.
    Collegando tra loro vari corpi motore opportunamente sfasati, forse si potrebbero eliminare i vasi di espansione e aumentarne le potenze senza inficiarne la semplicità costruttiva.
    http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1253271271
    File allegati
    Ultima modifica di rampa; 18-09-2009, 13:25.

  • #2
    Soluzione oleodinamica

    Sviluppo ulteriormente l'idea originale della sostituzione del pistone meccanico di potenza con un flusso d'olio.

    Nella soluzione oleodinamica non ci sono parti meccaniche in movimento a contatto con l'esterno e quindi non essendoci problemi di tenuta, è consentito pressurizzare il sistema praticamente a volontà.

    L'olio all'andata può produrre acqua calda e al ritorno raffredda la parete fredda della camera di Stirling.

    La vera novità sta l'aggiunta di una pompa (interposta al girante) in grado di alzare la pressione dell'olio per spingere il dislocatore che contenendo gas funge anche da accumulatore di pressione elevata.
    Un'elettrovalvola scarica al momento giusto l'olio pressurizzato riportando il dislocatore in basso. Lo scarico avviene prima del girante riducendo quindi le inevitabili perdite di energia.

    http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1253444831

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    • #3
      Originariamente inviato da rampa Visualizza il messaggio
      I vasi di espansione consentono di rendere meno discontinuo il funzionamento della turbina.
      Il dispositivo consente di lavorare in ambiente pressurizzato, essendo ermeticamente chiuso.
      Collegando tra loro vari corpi motore opportunamente sfasati, forse si potrebbero eliminare i vasi di espansione e aumentarne le potenze senza inficiarne la semplicità costruttiva.
      Concordo pienamente con i vantaggi che hai elencato, è un'idea che ritengo veramente innovativa si potrebbe definirlo un PISTONE LIQUIDO.
      Non sono d'accordo però sull'utilizzo di vasi di espansione, nell'economia del motore stirling sono assimilabili agli spazi morti che ammazzano il rendimento del motore.
      E' giusta l'idea che hai avuto di collegare fra loro vari corpi motore, ne bastano 2 sfasati di 180° fra di loro. Il ciclo Stirling credo che in linea di principio è costituito da due fasi, una fase di espansione quando si riscaldano i gas, e una fase di contrazione quando si raffreddano i gas. Abbinando un corpo motore in fase di espansione con uno in fase di contrazione, il pistone liquido che è incomprimibile, contrastando la fase in espansione creerebbe una differenza di pressione con la fase in contrazione, la quale sarebbe trasformata in lavoro dal motore oleopneumatico (ad esempio una pompa volumetrica). Da notare che la somma dei volumi delle due fasi sarebbe sempre costante.
      Sarebbe molto interessante approfondire questa idea, la cui incognita maggiore è il rendimento che si potrebbe ottenere nella trasformazione del moto alternativo del pistone liquido, in moto rotatorio con una pompa volumetrica. Ciao SE-POL.

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      • #4
        Originariamente inviato da rampa Visualizza il messaggio
        Sviluppo ulteriormente l'idea originale della sostituzione del pistone meccanico di potenza con un flusso d'olio.
        Non riesco ad aprire l'allegato e la spiegazione che dai non mi è molto chiara. Forse per te è implicito ma mi pare che stiamo parlando di uno Stirling di tipo beta o gamma, infatti il pistone liquido non sarebbe applicabile in un tipo alfa, perchè pùò sostituire solo un il pistone freddo ma non il pistone caldo per le temperature troppo elevate che raggiunge. Ciao SE-POL.

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        • #5
          Originariamente inviato da SE-POL Visualizza il messaggio
          Non riesco ad aprire l'allegato e la spiegazione che dai non mi è molto chiara. Forse per te è implicito ma mi pare che stiamo parlando di uno Stirling di tipo beta o gamma, infatti il pistone liquido non sarebbe applicabile in un tipo alfa, perchè pùò sostituire solo un il pistone freddo ma non il pistone caldo per le temperature troppo elevate che raggiunge. Ciao SE-POL.
          Ciao SE-POL, ho avuto modo di apprezzare i tuoi interventi nel Forum.

          Mi dispiace per l'allegato ! Riprovo, speriamo che riesca a far vedere e a spiegarmi meglio.

          http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1253730864

          Sappimi dire se riesci a vedere qualcosa, grazie !
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          • #6
            Configurazione

            Si tratta senza dubbio di uno Stirling gamma, perchè il comando del movimento-displacer è completamente svincolato dal movimento-pistone di potenza.
            Il pistone di potenza fornisce la forza per il movimento del displacer, ma il comando viene dato da un'elettrovalvola che funziona a frequenza variabile a piacere.

            La soluzione a pistone per il movimento del displacer non va bene per motori piccoli e veloci, ma è valida per motori relativamente grandi e lenti.

            I vasi di espansione vari non sono spazi morti perchè non sono in contatto con la camera di Stirling.
            Sono indispensabili per trasformare un flusso discontinuo in un flusso quasi continuo.
            Qualche problema può nascere per il vaso di compensazione di pressione elevata, perchè l'aria compressa si riscalda e se perde calore con l'esterno, cala la forza di ritorno, ma basta isolarlo termicamente che il problema si risolve.

            Temo che i vasi di espansione debbano esserci anche nel caso di configurazione con due motori.
            Infatti le turbine fanno resistenza e quindi ritardano il flusso dell'olio, mentre il motore che riceve necessita di un rientro rapido dell'olio.

            Comunque vedremo.

            Intanto sto facendo qualche calcolo sul dimensionamento volumi e forze in gioco...
            Ultima modifica di rampa; 23-09-2009, 19:55.

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            • #7
              Bello lo schema, e la rappresentazione pure. Ci vedo solo due difetti, uno veniale uno invece grave.
              Quello veniale, nel senso che si potrebbe risolvere anche se a prezzo di un bagno di sangue, è che non vedo il sistema di controllo. Che non è banale. Per poter far funzionare il tutto servono come minimo due sensori di posizione che indichino il punto morto superiore ed inferiore, uno di temperatura sulla testa ed una centralina a micropocessore che commuti l'elettrovalvola non solo in funzione della posizione del displacer ma anche della temperatura della testa. Devo adeguare la frequenza alla quantità di calore da asportare sia per non rischiare sovratemperature ma anche per adeguare la potenza alla richiesta.
              Il problema di questo tipo di impiantistica non è nemmeno tanto l'hardware quanto il software. Quelle che noi in gergo chiamiamo "Le Calibrazioni".
              Quelle sono il bagno di sangue.
              Il secondo problema che tutti gli addetti ai lavori nel campo dell'idraulica conoscono e che è irrisolvibile è che l'draulica "NON RENDE". Gli accoppiamenti idraulici assorbono e dissipano tanta potenza. E non c'è niente da fare. L'draulica si usa quando ho bisogno di facilità di regolazione, quando devo accumulare potenza, quando devo convertire una coppia o realizzare un accoppiamento non rigido, tutti usi per cui è insostituibile. Ma che invariabilmente si pagano con consumi molto elevati.
              Qualcuno ci aveva provato anche con i motori a combustione interna, ma con gli stessi risultati. Per funzionare funziona, ma rende niente.
              Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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              • #8
                Autoregolazioni

                Originariamente inviato da Stranamore Visualizza il messaggio
                Bello lo schema, e la rappresentazione pure. Ci vedo solo due difetti, uno veniale uno invece grave.
                Quello veniale, nel senso che si potrebbe risolvere anche se a prezzo di un bagno di sangue, è che non vedo il sistema di controllo. Che non è banale. Per poter far funzionare il tutto servono come minimo due sensori di posizione che indichino il punto morto superiore ed inferiore, uno di temperatura sulla testa ed una centralina a micropocessore che commuti l'elettrovalvola non solo in funzione della posizione del displacer ma anche della temperatura della testa. Devo adeguare la frequenza alla quantità di calore da asportare sia per non rischiare sovratemperature ma anche per adeguare la potenza alla richiesta.
                Il problema di questo tipo di impiantistica non è nemmeno tanto l'hardware quanto il software. Quelle che noi in gergo chiamiamo "Le Calibrazioni".
                Quelle sono il bagno di sangue.
                Il secondo problema che tutti gli addetti ai lavori nel campo dell'idraulica conoscono e che è irrisolvibile è che l'draulica "NON RENDE". Gli accoppiamenti idraulici assorbono e dissipano tanta potenza. E non c'è niente da fare. L'draulica si usa quando ho bisogno di facilità di regolazione, quando devo accumulare potenza, quando devo convertire una coppia o realizzare un accoppiamento non rigido, tutti usi per cui è insostituibile. Ma che invariabilmente si pagano con consumi molto elevati.
                Qualcuno ci aveva provato anche con i motori a combustione interna, ma con gli stessi risultati. Per funzionare funziona, ma rende niente.
                Ringrazio l'ottimo STRANAMORE per l'opportunità che mi dà di chiarire ulteriormente alcuni aspetti forse ancora non del tutto chiari di questa progettazione.

                E' esperienza comune che aumentando la temperatura, lo Stirling si autoregola e gira più veloce. Questo succede perchè maggior forza si scarica sul pistone, che essendo però ad escursione fissa, non può far altro che aumentare la propria velocità e con questo la sua frequenza di battito.

                Lo Stirling oleodinamico da me proposto, non ha la possibilità di aumentare la propria frequenza di oscillazione essendo questa regolata dall'elettrovalvola che batte a frequenza discrezionale sì, ma fissa. Ci vorrebbe appunto un sensore di temperatura e un sistema di regolazione che varia la frequenza in ragione della temperatura.
                Non serve !!! Perchè succede, anche in questo caso, un'autoregolazione, pur se diversa. Aumentando infatti la temperatura media della camera di Stirling, non solo si abbassa il livello dell'olio nella coppa, ma sopratutto aumentando le escursioni presso-volumetriche della camera, aumenta conseguentemente la quantità di olio che viene espulsa. E' necessario ovviamente che la capacità della coppa sia sufficientemente elevata da consentire che qualsiasi quantità d'olio sia espulsa, e su questo non esistono limitazioni tecniche.

                In pratica non potendo aumentare la frequenza, aumenta la gittata...

                Avevo preparato da giorni un altro disegno correttivo che illustrava il concetto, ma poi nella fretta ho inviato quello più vecchio.
                Lo invio adesso.

                http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1253801739
                File allegati

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                • #9
                  Sensori punti morti

                  L'uso del termine punto-morto sarebbe improprio in questo contesto, ma basta capirci.

                  I punti di fermo superiore e inferiore possono essere determinati da un blocco meccanico interno ai pistoni, senza sensori quindi, opportunamente ammortizzato però, per non spaccare tutto.

                  Ricordo che l'elettrovalvola è del tipo ON/OFF e che il ritorno del displacer è garantito dalla pressione del gas contenuto nello stesso.

                  Il movimento del displacer non sarà di tipo sinusoidale, ma ad onda quadra con angoli smussi, la configurazione più favorevole per uno Stirling, penso.

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                  • #10
                    L'draulica "NON RENDE"...

                    Un'accurata realizzazione consente di impedire la comparsa di turbolenza e di conservare il flusso laminare in tutto il tragitto idraulico.

                    Basta usare tubi e valvole molto larghe ed eliminare qualsiasi spigolosità interna.

                    Non vedo altri motivi, oltre alla turbolenza, in grado di giustificare la mancata resa dell' idraulica.



                    La vera difficoltà di questo progetto per me, è l'installazione della turbina giusta e forse l'avviamento...

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                    • #11
                      Ciao rampa.
                      Concordo anchio, il tuo motore è bello e l'idea meriterebbe essere approfondita, se non provata.
                      Sono anche daccordo con le osservazioni fatte dagli ottimi Se-pol e Stranamore. Forse vedo molto meno difficile il controllo di quanto non dica Stranamore (ma io sono un' ottimista ).
                      Credo più seria invece la questione del rendimento dell'idraulica, infatti tu scrivi:
                      Originariamente inviato da rampa Visualizza il messaggio
                      La vera difficoltà di questo progetto per me, è l'installazione della turbina giusta ...
                      La difficoltà è quella appunto di tradurre una forma energetica in un altra attraverso un accoppiamento idraulico.
                      L'idea rimane molto bella, mi piacerebbe provarla (cambiando qualcosa riguardo il dislocatore e la sua movimentazione, però)
                      Ciao,
                      hike
                      Ultima modifica di Hike; 24-09-2009, 17:27.

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                      • #12
                        La frequenza e la gittata

                        Ho letto attentamente quanto hai scritto. Mi piacerebbe anche poterti dire che hai ragione, ma non credo sia così. Infatti credo sia tutto giusto quello che dici sulle pressioni, salvo la conseguenza finale, cioè che l'aumento della gittata comporti maggiore estrazione di calore dalla testata. Focalizza la situazione: LA superficie della testata è sempre la stessa, la massa di fluido evolvente pure, il suo calore specifico pure, il numero di volte che il fluido viene portato a lambire la testata pure. L'aumento di pressione base ha, a onor del vero, una influenza sul coefficiente di scambio tra gas e testata ma è una influenza per così "secondaria". Nel senso che mi un miglioramento, piccolo, solo se per motivi di progetto non sto utilizzando tutta la capacità termica del fluido, cioè scambio male il calore.
                        In pratica cosa succede? Il patatrac. Se aumento la quantità di combustibile bruciato la temperatura della testata aumenterà invariabilmente per portarsi ad un nuovo equilibrio in cui il calore in più viene asportato dal gas innalzando la sua temperatura max. L'entalpia è infatti sempre = Cp x (T2-T1). Finchè la Tmax rimane nel campo della resistenza dei materiali salgo, poco, in potenza, poi squaglio tutto. Salgo poco perchè lo stesso problema ce l'ho dal lato freddo e salgo di temperatura anche li. Li non è pericoloso strutturalmente, ma siccome il rendimento, anche se siamo abituati a dire che dipende dal delta Tmax - Tmin, in realtà dipende dal rapporto Tmin / Tmax, ogni grado in più sul lato freddo ne annulla 3 - 4 sul lato caldo.
                        Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                        • #13
                          L'idraulica

                          Su quella credimi c'è nulla da fare. Alle velocità richieste dal displacer il flusso è sempre turbolento. E a parte questo ci sono tutte le perdite concentrate. LA valvola è per definizione una strozzatura, avendo un tempo di azionamento non azzerabile.
                          I serbatoi sono a loro volta una fonte di perdita. Infatti smorzano i picchi di pressione, ma smorzare vuol dire dissipare energia. Una turbina idraulica ben progettata ed utilizzata rende circa 0.85. Ma una grande, una piccola meno di 0.7 per i noti fenomeni di perdite parassite che diventano percentualmente più grandi.
                          Insomma, l'idraulica serve ad un sacco di cose, ma sul piano del rendimento è una battaglia persa.
                          Sulle vetture non a caso stiamo passando dai servosterzi idraulici a quelli elettrici, e dai cambi con corvetitore di coppia idraulico a quelli a doppia frizione meccanica. La dolcezza di funzionamento non è la stessa, ma dissipano molta meno potenza.
                          Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                          • #14
                            PS. Tutto quello che ho scritto non vuol dire che il tuo motore non funzionerà, solo che dovrai sorvegliarlo a vista per evitare di fonderlo e che non dovrai aspettarti rendimenti di generazione buoni. Ma quanto a funzionare, cioè a girare, credo che abbia tutto il potenziale per farlo.
                            Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                            • #15
                              Originariamente inviato da rampa Visualizza il messaggio
                              ...Intanto sto facendo qualche calcolo sul dimensionamento volumi e forze in gioco...
                              Siamo arrivati a fare ad un primo grosso passo. Dico "siamo", perchè quella del calcolo non è tutta farina del mio sacco.
                              Il problema è uno dei più ardui che si possano trovare in matematica.

                              Abbiamo simulato una situazione in cui la turbina sia a resistenza infinita (bloccata la circolazione).
                              Lo scopo del calcolo è quello di determinare il DeltaP Max e il DeltaV Max del motore in presenza dei vasi di espansione.
                              In pratica con questa simulazione, a fine calcolo lo Stirling gira a vuoto, nel senso che non riceve e non espelle più olio.

                              Il procedimento di calcolo è stato suddiviso in 4 fasi:

                              1 - Riscaldamento isocoro del Vaso di Stirling (simulando quindi la valvola d'uscita bloccata)

                              2a - Espansione isoterma del Vaso di Stirling (a valvola d'uscita aperta)
                              2b - Compressione adiabatica del Vaso di Espansione Positivo

                              3 - Raffreddamento isocoro del Vaso di Stirling (simulando la valvola d'entrata bloccata)

                              4a - Decompressione isoterma del Vaso di Stirling (valvola d'ingresso aperta)
                              4b - Decompressione adiabatica del Vaso di Espansione Negativo.

                              Tanto per far capire la complessità del problema, sappiate che la Fase2 e la Fase4 prevedono due sistemi algebrici da 4 incognite e che due equazioni di questo calcolo sono indeterminabili matematicamente (praticamente devono essere provate varie costanti numeriche per poter ottenere il risultato voluto che poi sarebbe l'equilibrio pressorio, cioè lo zero, tra Stirling e vaso di compensazione)

                              Tagliando corto, inserendo nel foglio di calcolo i vari Volumi, Pressioni, Temperature, con le opportune costanti di densità di Gas e gamma ecc nei rispettivi tre contenitori del marchingegno, dopo qualche secondo di calcolo, escono il DeltaT, DeltaP e DeltaV che si fronteggiano ai due lati della turbina.

                              Segue...

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                              • #16
                                Correttivi di calcolo

                                Manca ovviamente una premessa fondamentale nel calcolo di questo sistema, ma anche di tutti gli Stirling in genere.

                                Quando si introducono nel foglio di calcolo le temperature massime e minime, si tende ad immettere le temperature tali e quali delle due pareti calda e fredda, e così pure per i volumi si inserisce il volume del recipiente meno il volume del dislocatore.

                                Infatti il Vaso di Stirling viene concepito teoricamente come un recipiente che diventa alternativamente tutto-caldo e tutto-freddo, assumendo come assioma il fatto che la parete calda sia tutta chiusa dal displacer durante la fase fredda e viceversa la parete fredda sia del tutto isolata termicamente e volumetricamente durante la fase calda.
                                Non solo, ma si calcola come se il cambio di stato caldo/freddo della camera avvenga istantaneamente.

                                Ora tutti noi sappiamo che purtroppo questo non avviene.

                                Parte non indifferente del volume del vaso rimane dietro il displacer che comunemente ha un movimento di tipo sinusoidale, molto scorrevole meccanicamente, ma che permette poco contatto con la parete termica e quindi isola veramente meno di quello che ci si aspetta teoricamente e che sarebbe opportuno, anzi...

                                D'altronde ridurre oltre un certo limite lo spazio tra displacer e parete del vaso comporta la comparsa di resistenze enormi per comparsa di differenze pressorie tra i due lati del displacer che ne ostacolano il movimento.

                                Dobbiamo accettare il compromesso meccanico, tenerne conto e quindi nel foglio di calcolo dobbiamo immettere valori correttivi per difetto o presumere che i risultati reali siano inferiori e non di poco alle attese teoriche.

                                Ci sono delle esigenze tecniche limitative irrinunciabili.

                                Ma allora servo questi calcoli ? Bella domanda ! Soluzione a pag. 46...

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                                • #17
                                  Parametri

                                  Vve1.iniziale= 10 dm^3 = 0,01 m^3 Volume del vaso di espansione n.1
                                  Pve1.iniziale= 1,0 atm= 1,01325 bar= 101.325 Pa=N/m^2 Pressione iniziale in vaso di espansione n.1
                                  Tve1.iniziale= 25 °C = 298,15 K Temperatura iniziale gas vaso di espansione n.1

                                  Vve2.iniziale= 10 dm^3 = 0,01 m^3 Volume del vaso di espansione n.2
                                  Pve2.iniziale= 1,0 atm= 1,01325 bar= 101.325 Pa=N/m^2 Pressione iniziale in vaso di espansione n.2
                                  Tve2.iniziale= 25 °C = 298,15 K Temperatura iniziale gas vaso di espansione n.2

                                  V_Strl.iniziale= 10 dm^3 = 0,01 m^3 Volume effettivo della camera di Stirling (cioè il volume occupato dal gas)
                                  P_Strl.iniziale= 1,0 atm= 1,01325 bar= 101.325 Pa=N/m^2
                                  T_fr= 50 °C = 323,15 K Temperatura sorgente fredda
                                  T_ca= 350 °C = 623,15 K Temperatura sorgente calda

                                  DeltaP= 0,05 atm= 0,05066 bar= 5.066 Pa=N/m^2 Differenza di pressione necessaria per l' attivazione delle valvole

                                  d_GAS= 1,22 Densità del gas (kg/m^3) ARIA a 25°C
                                  R_gas= 287,05 Costante del gas (J/KgK) ARIA
                                  gamma 1,4 Costante adiabatica 7/5 per l'aria e i gas biatomici, 5/3 per i gas monoatomici come l'elio
                                  __________________________________________________ ____________

                                  Ipotizzando che i due vasi di espasione non siano collegati fra loro se non dalla camera di Stirling si ottiene che

                                  2,49 dm^3 di olio passano dalla camera di Stirling al Vaso di espansione n.1

                                  La pressione nel vaso di Stirling n.1 passa da: 101325 N/m^2= 1,013 Bar= 1,000 atm
                                  a: 151325 N/m^2= 1,513 Bar= 1,493 atm

                                  0,76 dm^3 di olio passano dal vaso di espansione n.2 alla camera di Stirling

                                  La pressione nel vaso di Stirling n.2 passa da: 101325 N/m^2= 1,013 Bar= 1,000 atm
                                  a: 86379 N/m^2= 0,864 Bar= 0,852 atm

                                  Fra i due vasi di espansione si genera una differenza di pressione pari a 64946 N/m^2 =0,649 Bar = 0,641atm
                                  __________________________________________________ _________

                                  Questo è il risultato (teorico) dopo un primo ciclo, sempre con la circolazione dell'olio bloccata.
                                  Con un secondo ciclo (praticamente si dovrebbero reinserire i risultati del primo ciclo nel foglio di calcolo) il sistema si blocca, raggiunge cioè l'equilibrio statico perchè la pressione in ve1 è così elevata e la depressione in ve2 è così bassa che di olio non ne esce e non ne entra più nel vaso di Stirling.

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                                  • #18
                                    Aumento pressione a10 atm

                                    Vve1.iniziale= 10 dm^3 = 0,01 m^3 Volume del vaso di espansione n.1
                                    Pve1.iniziale= 10,0 atm= 10,13250 bar= 1.013.250 Pa=N/m^2 Pressione iniziale in vaso di espansione n.1
                                    Tve1.iniziale= 25 °C = 298,15 K Temperatura iniziale gas vaso di espansione n.1

                                    Vve2.iniziale= 10 dm^3 = 0,01 m^3 Volume del vaso di espansione n.2
                                    Pve2.iniziale= 10,0 atm= 10,13250 bar= 1.013.250 Pa=N/m^2 Pressione iniziale in vaso di espansione n.2
                                    Tve2.iniziale= 25 °C = 298,15 K Temperatura iniziale gas vaso di espansione n.2

                                    V_Strl.iniziale= 10 dm^3 = 0,01 m^3 Volume effettivo della camera di Stirling (cioè il volume occupato dal gas)
                                    P_Strl.iniziale= 10,0 atm= 10,13250 bar= 1.013.250 Pa=N/m^2
                                    T_fr= 50 °C = 323,15 K Temperatura sorgente fredda
                                    T_ca= 350 °C = 623,15 K Temperatura sorgente calda

                                    DeltaP= 0,05 atm= 0,05066 bar= 5.066 Pa=N/m^2 Differenza di pressione necessaria per l' attivazione delle valvole

                                    d_GAS= 1,22 Densità del gas (kg/m^3) ARIA a 25°C
                                    R_gas= 287,05 Costante del gas (J/KgK) ARIA
                                    gamma 1,4 Costante adiabatica 7/5 per l'aria e i gas biatomici, 5/3 per i gas monoatomici come l'elio



                                    CONCLUSIONE

                                    Ipotizzando che i due vasi di espasione non siano collegati fra loro se non dalla camera di Stirling si ottiene che

                                    2,60 dm^3 di olio passano dalla camera di Stirling al Vaso di espansione n.1

                                    La pressione nel vaso di Stirling n.1 passa da: 1013250 N/m^2= 10,133 Bar= 10,000 atm
                                    a: 1545250 N/m^2= 15,453 Bar= 15,250 atm

                                    1,04 dm^3 di olio passano dal vaso di espansione n.2 alla camera di Stirling

                                    La pressione nel vaso di Stirling n.2 passa da: 1013250 N/m^2= 10,133 Bar= 10,000 atm
                                    a: 876654 N/m^2= 8,767 Bar= 8,652 atm

                                    Fra i due vasi di espansione si genera una differenza di pressione pari a 668596 N/m^2= 6,686 Bar= 6,599 atm

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                                    • #19
                                      Simulazioni varie

                                      La cosa diventa lunga, noiosa e incomprensibile per chi legge.

                                      Accorciamo:

                                      Per DeltaT 300° e Costanti Gas invariati

                                      Per il sistema con tutti e tre i Vasi a 10 litri

                                      1 Atm produce DV 1,731 e DP 0,641
                                      2 Atm produce DV 1,635 e DP 1,302
                                      5 Atm produce DV 1,578 e DP 3,288
                                      10 Atm produce DV 1,558 e DP 6,598


                                      Col sistema a 15 litri

                                      1 Atm produce DV 2,596 e DP 0,641
                                      2 Atm produce DV 2,455 e DP 1,303
                                      5 Atm produce DV 2,367 e DP 3,289
                                      10 Atm produce DV 2,337 e DP 6,5985

                                      A 20 Litri

                                      1 Atm produce DV 3,461 e DP 0,641
                                      2 Atm produce DV 3,271 e DP 1,3026
                                      5 Atm produce DV 3,156 e DP 3,289
                                      10 Atm produce DV 3,116 e DP 6,599

                                      Conclusione prevedibile :

                                      Aumentando il volume del sistema cresce il flusso d'olio (DeltaV)
                                      Aumentando la pressione del sistema cresce il DeltaP

                                      La progressione è lineare circa, non geometrica... prevedibile !
                                      Notevole il fatto che aumentando la pressione a parità di volume del sistema, il DeltaV cala anche se di poco.
                                      Ma sono differenze trascurabili.

                                      La microturbina eventuale va dimensionata a questi valori...
                                      Ultima modifica di rampa; 27-09-2009, 11:50.

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                                      • #20
                                        Estrazione calore

                                        Per configurazione 10 Lt e 1 Atm nei tre vasi e Tmin a 50°C

                                        Con Tmax 300°C il DV è 1,5307 e DP a 0,5403
                                        Con Tmax 350°C il DV è 1,7308 e DP a 0,6410
                                        Con Tmax 400°C il DV è 1,9108 e DP a 0,7387
                                        Con Tmax 450°C il DV è 2,0769 e DP a 0,8361
                                        Con Tmax 500°C il DV è 2.2279 e DP a 0,9311
                                        Con Tmax 550°C il DV è 2.3668 e DP a 1.0253

                                        Quindi aumentando il calore fornito, aumentano sia la gittata che la pressione in modo proporzionale, rimanendo la frequenza uguale.
                                        Basterebbe un sensore di pressione per regolare la frequenza del displacer ed estrarre ancor più calore.
                                        Nello Stirling a pistone meccanico invece la gittata resta uguale ma aumenta la forza e la frequenza. Di questo non ho i numeri, ma ne abbiamo tutti la costatazione diretta.

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                                        • #21
                                          Dubbi e perplessità

                                          Circa il GAS

                                          Deve essere inerte nei confronti dell'olio diatermico, per evitare combustioni, quindi solo Elio o Idrogeno.

                                          La solubilità del gas nell'olio può comportare il trasferimento dello stesso e l'accumulo in una o più delle tre camere.
                                          Possiamo però prevedere che dopo un po' il sistema raggiunga l'equilibrio nei tre volumi di gas.
                                          Il gas è più solubile nelle camere meno calde e nelle fasi di pressione più elevata. Nella dinamica di questa macchina, ci ritroviamo che la camera meno calda (ve2) è anche quella con la pressione meno elevata, quindi le due situazioni dovrebbero compensarsi a vicenda e viceversa per la camera più calda (ve1).

                                          Altra questione è la possibilità che con lo sbattimento del displacer e nelle turbine si formino delle schiume.
                                          Non ho dati a riguardo, ma di solito queste si formano per la mescolanza di liquidi con tensioattività molto diversa, situazione che in questo caso è esclusa.
                                          Ma mi è difficile prevedere qualcosa a riguardo.

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                                          • #22
                                            Un altro passo avanti

                                            Riguarda il mini circuito pressurizzato di movimentazione del displacer.

                                            Molto probabilmente non serve la pompa di compressione dell'olio, come indicato nel disegno dei post precedenti.

                                            Basta raccogliere una parte di olio a pressione maggiore e una parte a pressione minore in due ulteriori distinti Vasi di espansione, entrambi a volume molto ridotto però, cioè pari circa a due o tre volte il volume necessario per la movimentazione del pistone.
                                            Quando il mini-vaso a espansione positiva sarà pressurizzato al massimo, la valvola di immissione di olio resterà bloccata e rincomincerà automaticamente a permettere flusso d'olio pressurizzato solo quando ritornerà un gradiente positivo tra il circuito maggiore e minore.
                                            Lo stesso per il vaso di espansione negativa: quando la depressione sarà al minimo, la valvola opposta impedirà ulteriori depressurizzazioni.

                                            EnergeticAmbiente.it

                                            Per un pistone a canna singola lungo 50cm e largo 1,5cm il volume d'olio necessario è pari a circa 90ml.
                                            L'attrito del pistone può essere molto basso, dato che non è per niente necessaria una tenuta stretta: l'olio che trafila infatti va a finire nella coppa della camera di Stirling.

                                            Le due elettrovalvole del pistone possono essere unificate in una singola elettrovalvola a deviazione di flusso che apre alternativamente i due vasi del mini circuito mettendoli in comunicazione col pistone.
                                            File allegati
                                            Ultima modifica di rampa; 29-09-2009, 17:47.

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                                            • #23
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                                              Salve a tutti,
                                              mi presento, sono Emilio D'Alessandro, seguo la sezione eolico ma sono interessato anche ai motori c. ext.
                                              ho letto con molto interesse questa discussione, e mi sono fatto la seguente idea:
                                              a mio avviso il 1° modello proposto (quello semplice con le sole 2 valvole e due vasi di esp) è il più semplice ed efficace, io però aggiungerei le seguenti cose:
                                              Un sistema elettromeccanico per il movimento del displacer, ex motore elettrico con biella e manovella o addirittura un sistema ad elettromagnete, entrambe a bagno d'olio e comunque dentro il contenitore a pressione, cosa che permetterebbe di risolvere gli inevitabili problemi di tenuta meccanica per la pressione interna portando facilmente fuori i contatti elettrici mediante ad esempio candele automobilistiche usate come isolanti a tenuta di pressione.
                                              Mentre per quanto riguarda la "turbina" io userei un bel compressore volumetrico oleodinamico ad ingranaggi utilizzato all'inverso come motore a bassi rpm (per capirci una pompa olio motore 4T).
                                              come alternatore un bel piggott da eolico a bassi regimi...
                                              credo che se trovo il tempo testerò questa cosa.
                                              Emilio D'Alessandro.

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                                              • #24
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                                                Salve a tutti,
                                                mi presento, sono Emilio D'Alessandro, seguo la sezione eolico ma sono interessato anche ai motori c. ext.
                                                ho letto con molto interesse questa discussione, e mi sono fatto la seguente idea:
                                                a mio avviso il 1° modello proposto (quello semplice con le sole 2 valvole e due vasi di esp) è il più semplice ed efficace, io però aggiungerei le seguenti cose:
                                                Un sistema elettromeccanico per il movimento del displacer, ex motore elettrico con biella e manovella o addirittura un sistema ad elettromagnete, entrambe a bagno d'olio e comunque dentro il contenitore a pressione, cosa che permetterebbe di risolvere gli inevitabili problemi di tenuta meccanica per la pressione interna portando facilmente fuori i contatti elettrici mediante ad esempio candele automobilistiche usate come isolanti a tenuta di pressione.
                                                Mentre per quanto riguarda la "turbina" io userei un bel compressore volumetrico oleodinamico ad ingranaggi utilizzato all'inverso come motore a bassi rpm (per capirci una pompa olio motore 4T).
                                                come alternatore un bel piggott da eolico a bassi regimi...
                                                credo che se trovo il tempo testerò questa cosa.
                                                Salve Emilio,
                                                tutte buone idee da provare, le tue.
                                                Lo Stirling consente di ideare molteplici soluzioni e quasi tutte a portata di modeste possibilità tecnologiche, direi quasi casalinghe.
                                                Assemblando vari pezzi si può ottenere alla fine una macchina interessante e probabilmente anche utile.
                                                L'idea originale era quella di saltare a piè pari tutti i problemi di tenuta meccanica onde consentire una pressurizzazione molto elevata del sistema.

                                                Invio un altro disegno ancor più semplice, sempre con la soluzione oleodinamica. E' un Ringbom...
                                                In questo caso l'olio diatermico spinge alternativamente un pistone magnetico. Il problema, risolvibile, è quello di trovare un contenitore che nel tratto avvolto dalle spire, sia estremamente sottile, resistente e privo di attività magnetica... fibra di carbonio...forse ? Approfondiremo...
                                                .
                                                http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1254334237
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                                                • #25
                                                  A livello dischema questo è il più promettente che hai postato.
                                                  Sicuramente funziona. Ma il problema vero sta però da un'altra parte.
                                                  Perchè devo usare un pistone liquido con le relative perdite nelle condotte?
                                                  Questo circuito è equivalente a quello per esempio di un generatore termomeccanico a diaframmi. Oppura alla parte ringbom unita ad un pistone di potenza con molla di rimbalzo a meccanica o a gas. E qui ti ho portato ad un'altra considerazione importante: non è un Ringbom ma un free piston. L'interposizione di liquido tra gas e pistone e tra questo e la sua molla a gas (quello è in definitiva il serbatoio) non cambia concettualmente lo schema ma introduce solo perdite dissipative. Non che non possa avere delle utilità. Semplifica la lubrificazione del pistone, il raffreddamento pure forse. Ma fa perdere rendimento.
                                                  Il movimento indipendente del displacer è un tema interessante. Ma ci hanno provato in tanti e con molti mezzi a disposizione. Alla fine l'unica soluzione che funziona è quella di Martini. Ma rinuncia ad ogni movimento di tipo impulsivo in favore di un movimento biella manovella classico o al più Scotch Yoke che garantisce un movimento sinusoidale. Le cose semplici sono quelle che funzionano e soprattuto durano.
                                                  Ti faccio un esempio. Perchè invece dell'olio diatermico e del pistone magnetico non ci metti semplicemente del mercurio? E' un metallo liquido a temperatura ambiente, che conduce bene il calore e l'elettricità e senza colpo ferire ti permetterebbe di utilizzare un generatore MHD per raccogliere l'energia generata senza nessuna parte in movimento. Non è Star Treck, sono realmente esistite gigantesche centrali elettriche a ciclo combinato con primo circuito a mercurio e secondo a vapore d'acqua, ma non è pratico. Il mercurio costa ed è pure velenoso. Appena capito che si poteva fare lo stesso con la rigenerazione hanno pensionato le centrali a mercurio a favore di quelle a solo vapore. L'unica applicazione del concetto è rimasta, ma potrei anche sbagliarmi per eccesso di ottimismo, nei reattori nucleari autofertilizzanti a metallo liquido (sodio e/o potassio normalmente). Avete presente il PHOENIX nelle alpi francesi? Una specie di bomba controllata a neutroni veloci che produce più combustibile nucleare di quello che consuma. Un reattore quindi che rinasce dalle sue ceneri. Da cui il nome.
                                                  Questo solo per dire che un concetto complicato è morto ancora prima di nascere. Destinato ad essere abbandonato appena si trova di più semplice che funziona uguale o quasi.
                                                  Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                                  • #26
                                                    Ringbom e freepiston

                                                    Carissimo Stranamore, è vero, è un freepiston perchè il pistone del displacer è in ambiente pressurizzato, mentre il Ringbom è a contatto pressorio solo con l'atmosfera. Lo si potrebbe definire però un Ringbom in ambiente pressurizzato.

                                                    Il primo serbatoio attaccato allo Stirling è del tutto inutile, ma era disegnato solo per chiarire visivamente il concetto.

                                                    Mi permetto di insistere sul concetto che se le condutture sono larghe e isolate come pure se sono ben isolati anche i vasi di espansione, non c'è perdita energetica di rilevanza, presumo come quella di una molla metallica.

                                                    In questo disegno si potrebbe addirittura eliminare l'olio, e far girare semplicemete il gas. Penso che l'olio possa però servire a lubrificare il movimento del pistone, anzi non serve neanche che sia diatermico, basta olio-motore.

                                                    Per il progetto precedente, ho in mente una soluzione oleo-meccanica per il movimento del displacer, invece dell'elettrovalvola. Basterebbe un ingranaggio riduttore che apra e chiuda la valvola bidirezionale. In tal modo il sistema si velocizzerebbe automaticamente all'aumentare dal calore.


                                                    Ho anche in mente la possibilità di collegare tra loro diversi Stirling oleodinamici, in parallelo, non in linea.
                                                    Il tutto funzionerebbe con una sola turbina, molto più grande.
                                                    Il movimento dei displacer sarebbe regolato da un sistema unico ad ingranaggi ridotti che apre e chiude alternativamente le numerose valvole a luce che immettono olio nei rispettivi displacer.

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                                                    • #27
                                                      Multi-Stirling

                                                      Posto questo disegno per facilitare la comprensione del concetto, frutto di una notte insonne.
                                                      -
                                                      http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1254373023
                                                      -
                                                      Lo spiego.

                                                      La spinta della camera A, oltre a muovere il magnete (sempre in olio), muove anche il dislocatore di B.
                                                      La spinta poi di B a sua volta muove il dislocatore di C, e così via, fino al ritorno in A che alla fine sarà mosso da D.

                                                      Lo sfasamento è perfetto a 90° con quattro macchine.
                                                      Mettendone cinque unità, la sfasamento sarà di 72°.

                                                      C'è da mettere appunto il movimento del displacer che deve muoversi con movimento opposto alla pressione positiva che riceve.

                                                      Rimane intatta la possibilità di pressurizzazione.
                                                      Le quattro macchine sono indipendenti tra di loro per quanto riguarda pressioni e gas, essendo ognuna collegata solo col dislocatore della prossima.
                                                      -
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                                                      • #28
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                                                        In effetti il penultimo schema era il più interessante.
                                                        ed in effetti era molto vicino ad un free piston, in cui normalmente il displacer è linkato al pistone da molle calibrate per "risuonare" con lui.

                                                        Credo che l'unico vantaggio della circolazione esterna dell'olio e dell'uso di un motore ad ingranaggi (caso precedente) sia lo svincolarsi dalla necessità di accordare le fasi tra displacer e pistone.
                                                        Nel penultimo schema infatti la fase dello spostamento del displacer deve essere "accordata" con quella di risonanza del sistema pistone magnete-vaso espansione (molla), altrimenti non c'è risonanza.
                                                        Emilio D'Alessandro.

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                                                        • #29
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                                                          Penso che la Risonanza dello Spostatore sia una vera incognita costruttiva, difficile da ottenere e incostante nel tempo, almeno al mio livello e pertanto tendo a puntare a movimentazioni certe dello stesso.

                                                          E' per questo che ho pensato allo schema ultimo, ad un sistema cioè di quattro motori Stirling sfasati tra di loro, uniti dinamicamente in sequenza e che dovrebbero essere anche autoavvianti.

                                                          Bisogna però minimizzare assolutamente gli effetti degli spazi morti.

                                                          Lo spazio morto, ricordo, è essenzialmente quello che viene occupato dal volume/quantità di gas che entra ed esce direttamente dalla Camera di Stirling. Lo spazio/volume/massa che non entra e non esce dallo Stirling sarà uno spazio lontano, ma non è uno spazio morto, almeno dinamicamente.
                                                          Lo spazio morto raffredda il gas che esce (il gas in pressione si riscalda e cede calore alla conduttura) e lo riscalda in entrata (il gas in decompressione si raffredda e assorbe così calore dalla parete della conduttura), agendo un po' controcorrente rispetto la dinamica del motore.
                                                          Se non ci fossero scambi termici tra il gas e le pareti esterne del motore, le condutture cioè e solo per il tratto del volume di spostamento, l'effetto dello spazio morto verrebbe ad essere quasi completamente annullato.

                                                          Concettualmente lo spazio morto agisce al contrario del rigeneratore, che invece potenzia l'azione dinamica: accelera il raffreddamento quando il motore sta raffreddando e il riscaldamento quando sta riscaldando.

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                                                          • #30
                                                            Visualizza collegamento due Stirling

                                                            Al punto morto superiore di A (al massimo della fase calda di A) corrisponde una spinta sul meccanismo dello spostatore di B, che farà assumere alla camera di B la configurazione della fase calda.
                                                            La spinta del gas in uscita di B sposterà a sua volta lo spostatore di C in fase calda, e questo sposterà quello di D, che a sua volta agirà su di A.

                                                            Ciclo chiuso.

                                                            A questo punto non sono più sicuro che lo sfasamento tra A e B sia di 90°, potrebbe essere anche di molto inferiore o anche superiore.
                                                            Dipende dalla velocità di spostamento dello spostatore e dalla resistenza offerta dal magnete-pistone in olio.
                                                            Ma la cosa è del tutto indifferente, ai fini pratici, essendo una configurazione gamma.
                                                            Potrebbero bastare solo 3 Stirling uniti in serie per sfasamenti sopra i 90°, o anche 5, per sfasamenti sotto i 90°.
                                                            -
                                                            http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1254409400
                                                            -
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