L'adozione della "valvola a cassetto mobile" fa cambiare il ciclo termodinamico di questi espansori di gas/vapore.
In breve, è come se il ciclo rappresentato nel #28 ruotasse in senso orario di qualche grado:
Da questo ciclo:



si passa a quest'altro ciclo:



e si vede subito che compare una trasformazione isobara che assomiglia molto alla "spinta" del ciclo del vapore classico.
Inoltre l'adiabatica di espansione occupa quasi tutta la fase attiva del ciclo, mentre l'adiabatica di ritorno impegna solo una parte della fase passiva del ciclo.

Un miglioramento della potenza della macchina insomma, a fronte di una complessità leggermente superiore del motore.

L'immagine rappresenta sul piano PV le aree di lavoro dei tre tipi di motori a vapore menzionati in questa discussione:



L'area rossa è il lavoro svolto dal Colibrì con valvola a cassetto fissa.

Invece l'introduzione della valvola a cassetto mobile consente di aggiungerci l'area gialla. Come si vede, a fronte di una complicazione costruttiva minima, c'è un chiaro aumento di potenza della macchina.

Il motore a vapore classico, a valvole pilotate, con spinta e taglio del vapore, occuperebbe tutta la zona colorata.
Rispetto al colibrì con valvola mobile, in questo caso il guadagno in potenza è veramente minimo (zona celeste), ma la differenza costruttiva e quindi economica è esorbitante, sproporzionata e nettamente a favore di soluzioni più semplici.

@Rampa
Nel grafico che proponi la compressione adiabatica del Colibrì coincide con la compressione adiabatica del motore a valvola mobile. Che fine hanno fatto l'isobara di scarico e il ritardo nell'inizio della compressione adiabatica caratteristici del motore a valvola mobile?

@Yuz

Il grafico prevede l'accostamento sul piano PV di due espansori adiabatici, quello a valvola fissa e quello a valvola mobile.
La simulazione però è stata fatta presumendo che la chiusura della valvola mobile di un espansore adiabatico avvenga nello stesso momento della chiusura della valvola fissa dell'altro espansore, sia in carico che in scarico.

Ne derivano tre conseguenze importanti:
1 - le valvole mobili si aprono con ritardo rispetto le valvole fisse.
2 - il volume di carico del vapore da espandere nelle due configurazioni è lo stesso.
3 - la curva di espansione adiabatica si sovrappone per quasi tutto il tragitto tranne che per un prolungamento finale dovuto al ritardo dell'apertura della valvola di scarico.

Ecco, non avevo indicato il prolungamento dell'adiabatica e lo sfasamento di apertura e chiusura della valvola di scarico, con la relativa isobara.
Grazie Yuz, me ne scuso e il grafico fa corretto così:



Inoltre nella configurazione a valvola mobile, la curva adiabatica di rientro va disegnata leggermente meno curva, essendo maggiore lo scarico del vapore, ma la grafica grossolana renderebbe comunque poco.

Mi interessava evidenziare l'idea più qualitativamente che numericamente.

@Rampa
Ora con il grafico ci siamo!
All'analisi aggiungo solo l'osservazione che la cilindrata dell'espansore a valvole mobili risulta maggiorata (la luce di scarico nell'espansore a valvola mobile si apre in ritardo rispetto a quella del Colibrì).

L'ipotesi sull'apertura ritardata delle luci nell'espansore a valvole mobili e la chiusura sugli stessi volumi del Colibrì è utile per un confronto prestazionale fra i due cicli in quanto permette di uguagliare il consumo di vapore nei due espansori e quindi ad un aumento di area del ciclo corrisponde un incremento di rendimento.
Ma si tratta di una forzatura teorica e rischia di essere ingannevole.

Infatti nel ciclo che proponi il volume al momento dell'apertura della luce di immissione è estremamente basso (1cc ?) e assolutamente incompatibile con un'ipotesi di funzionamento free piston.

Nel Colibrì, come nell'espansore a valvole mobili, l'apertura delle valvole avviene un po' prima dei punti morti. E' una condizione di funzionamento condivisa.
Lo spostamento del cassetto nella versione a valvola mobile fa in modo che la chiusura della luce risulti ritardata rispetto a quella del Colibrì.
Le valvole mobili ritardano la chiusura e non hanno effetto sul momento di apertura.

Alla luce di queste considerazioni la seconda figura nel commento 31 andrebbe rivista: i primi tre pallini grigi a sinistra di quelli gialli andrebbero anch'essi colorati in giallo e i primi tre pallini rossi a destra di quelli blu andrebbero anch'essi colorati in blu (se invece si preferisce lasciare invariata la seconda figura la correzione alla prima consisterebbe nel colorare in grigio i primi tre pallini gialli a sinistra e i primi tre pallini blu a sinistra, in rosso i primi tre pallini gialli a destra e i primi tre pallini blu a destra).

"la cilindrata dell'espansore a valvole mobili risulta maggiorata"

Se per cilindrata si intende il volume massimo al Punto Morto Inferiore (PMI), possiamo ammettere che la differenza tra i due tipi di espansori (quello a valvola mobile e quello a valvola fissa) è quasi nulla, anche conteggiando nell'immagine del #21 in basso a dx, il volume indicato in didascalia con "EXTRA-CORSA PMI (scarico)".


"Le valvole mobili ritardano la chiusura e non hanno effetto sul momento di apertura."

E' proprio il contrario: la valvole mobile ritarda l'apertura e mantiene fissa la chiusura, se si vuole paragonare i due espansori.
Il ritardo dell'apertura lo posso decidere a livello di progettazione, secondo il tipo di funzionamento desiderato, "free-piston" o biella manovella.
In pratica, variando il momento dell'apertura della valvola mobile, posso decidere dove far iniziare l'isocora di carico, sfruttando più o meno lo spazio dell'espansione isoentalpica (anergica, che non produce lavoro) e tramutandolo in espansione isoentropica (esergica, che produce lavoro meccanico).

L'immagine esprime bene il concetto:

1) Nel confronto a parità di consumo di vapore, l'espansore a valvole mobili è caratterizzato da una cilindrata maggiore rispetto al Colibrì. Si tratta di un dato di fatto e la giustificazione che porti non regge perchè l'extra-corsa al PMI è presente anche nell'espansore a valvole mobili.
Se si fa un confronto di cilindrata tenendo conto dell'extra-corsa in entrambi gli espansori, l'aumento di cilindrata viene confermato.

2) Come ho già scritto, considerare la valvola mobile un ausilio per ritardare l'apertura delle luci è una forzatura teorica utile solo per il confronto prestazionale fra i due espansori.
In un Colibrì ben progettato le luci si aprono già all'ultimo momento possibile sia in configurazioni free piston che in quelle con manovellismo.
Nella realtà non si può posticipare ulteriormente l'apertura.

3) Il volume al PMS nell'espansore a valvole mobili è incrementato dalla presenza di un "vano" tecnico supplementare ovvero il "condotto" che porta alla luce di scarico. Questo significa che, se si vuole arrivare a scaricare alla stessa pressione del Colibrì, il volume finale dovrà essere maggiore e quindi la corsa del pistone di potenza dovrà aumentare.

4) Al commento 30 si trova l'animazione di un espansore a valvole mobili free piston a doppio effetto.
Quesito: che cosa accade quando la pressione nella camera che sta espandendo diventa minore di quella della camera che sta comprimendo?

@Yuz

Alle obiezioni rispondo facendo una sola domanda: "FUNZIONA ?"

Se la tua risposta è diversa dal NO, allora possiamo discutere di "CONVENIENZA", in termini di fattibilità ingegneristica, termomeccanica, elettrica, economica e quant'altro.

Se alla fine la valvola mobile non risulterà conveniente, metteremo tutto in archivio, in attesa di un possibile futuro utilizzo.

Se funziona il Colibrì, potrebbe funzionare anche l'espansore a valvole mobili.
I dubbi sull'espansore a valvole mobili riguardano ovviamente altri aspetti.
Qualcuno è riuscito a rispondere alla domanda posta al punto 4) del mio precedente commento?

Questo thread avrebbe dovuto chiamarsi in altro modo, per come sto postando, magari:

"Espansori Volumetrici Alternati a movimento valvolare semplificato"

Quindi sarei un po' OT, ma ne approfitto e me ne scuso.

Finora abbiamo visto:
A - Un espansore "solo adiabatico", il Colibrì
B - Un espansore "isobaro-adiabatico", cioè la versione a valvola mobile.

Ora mando la movimentazione di un espansore solo "isobaro"



Il ciclo è dato da 4 trasformazioni:
1 - Isobara di spinta
2 - Isocora di scarico
3 - Isobara di ritorno
4 - Isocora di carico

Per rendere più intuitivo il concetto espresso sopra, propongo un confronto animato fra un Colibrì a doppio effetto di tipo A e un espansore a valvole mobili.



L'immagine che segue mostra i due espansori nell'istante in cui le valvole si chiudono.



Anche in questo caso un'immagine vale più di mille parole.

L'espansore ISOBARO-ISOCORO-ISOBARO-ISOCORO da me raffigurato e animato nel post 40, ha termodinamicamente la seguente rappresentazione nel piano PV (Pressione-Volume):



L'are gialla rappresenta tutto lavoro utile.

Il rendimento è molto scarso perché l'entalpia di vaporizzazione che è molto elevata, la si paga tutta intera senza restituzione termodinamica.

Che utilità può avere allora un motore del genere?

In parole povere a mio giudizio questo motore è utile in questi due casi:

1 - se il calore è gratuito e a bassa entalpia (non vale la pena di espandere adiabaticamente il vapore)
2 - se non si può espandere adiabaticamente il fluido perché liquido

Nel secondo caso avremmo un interessante ed inedito motore volumetrico a pressione d'acqua.
E qui le rese sono molto superiori di quelle delle normali turbine.

Si noti che semplicemente spostando le luci di scarico nella prima versione a valvole mobili si arriva direttamente alla versione isobara-isocora-isobara-isocora.
L'animazione di seguito mostra sopra il Colibrì, in mezzo l'espansore a valvole mobili con adiabatica, in basso la versione senza adiabatica.



Di seguito la rappresentazione dei rispettivi cicli termodinamici nel piano P-V.

Yuz ha presentato i tre motori con le loro movimentazioni e le loro aree di lavoro sul piano PressionexVolume.
Ma come sono i rendimenti nei tre motori?





A parità di Pressione di ingresso (Pmax) e di Volume Massimo di espansione (Vmax), i rendimenti salgono quanto più bassa è la Pressione di fine corsa, ossia quanto più si è vicini alla Pressione del radiatore freddo (P0).

E questo perché durante l'espansione adiabatica il vapore perde calore, che viene trasformato direttamente in energia cinetica, ovviamente a scapito della potenza per ciclo.

In pratica è la trasformazione adiabatica che fa il rendimento...

La domanda al punto 4 del mio commento #37 è ancora in attesa di risposta.

Complimenti per la discussione, ma dubbio amletico

Ciao ragazzi.
Ogni tanto, troppo poco ovviamente, vengo a vedere cosa si muove nel forum.
Complimenti per la discussione, appassionata e approfondita come ogni discussione dovrebbe essere.
Me la sono letta di un fiato. In realtà ci sarebbe stato da dedicargli molto più tempo.
Ma è l'unica cosa di cui non posso disporre a volontà.
L'espansore in questione funziona, ma come avete detto voi con rendimenti bassi.
Però qui viene il mio dubbio.
Quest'oggetto è un espansore, non un motore.
Esso non descrive un ciclo termodinamico chiuso atto a generare alcunchè.
Di fatto esso compie una sola delle solite 4 trasformazioni necessarie a compiere un ciclo termodinamico. Espande e basta.
Il fatto che sia un uniflow che ha una ricompressione del vapore è una cosa tutta interna alla fase di espansione.
Semplificando potremmo dire che l'espansione risultante è un po più piccola (parte del fluido rimane all'interno e viene pure ricompresso richiedendo lavoro).
La vera utilità della disposizione uniflow è nel fatto che questa ricompressione evita le condensazioni pericolose per la macchina e mantiene la parte della testata sempre calda, scaricando il vapore esausto e "freddo" dall'altro lato. Scaricandolo dalla testata la raffredderebbe e poi il vapore "caldo" la dovrebbe riscaldare nuovamente. Perdita netta quindi di calore ad alta exergia, perchè alla massima temperatura del ciclo.
La valvola "bash" è una fonte di perdita più preoccupante. La sua apertura è simmetrica come fatto notare.
Questo significa che il pistone percorre tutta la restante corsa dopo la sua apertura contro la Pmax del ciclo.
La conclusione teorica secondo cui tale fase è termodinamicamente ininfluente è purtroppo concettualmente sbagliata.
Il fatto che il pistone sia quasi fermo ha fatto concludere che il lavoro scambiato sia quasi nullo.
Purtroppo il lavoro viene scambiato altrove. Mi spiego.
Se io ho una camera di volume costante (pistone fermo al PMS) a bassa pressione e apro una valvola da cui entra vaproe ad alta pressione, cosa succede?
Succede che il primo vapore entrante ad esempio si espande fino alla pressione minima. Non produce ne richiede lavoro al pistone, ma dovrà essere ricompresso a spese dell'energia del vapore entrante fino alla pressione massima.
Ovviamente questa prima frazione di vapore è quella più penalizzata, mentre l'ultima frazione entrante non lo sarà affatto, ed il lavoro perso alla fine sarà la sommatoria, pardon l'integrale, di tutti i lavori elementari.
Questo errore proviene dall'equivoco di partenza: considerare un espansore e calcolarlo come un motore.
Bisogna considerare tutto quello che sta fuori dall'espansore. Il resto del ciclo sta li.
C'è il lavoro della pompa (piccolo) ma anche il calore per vaporizzare il fluido (grandissimo se acqua).
Non si può calcolare nessun rendimento senza coinvolgere tutto il resto.

Spero di aver contribuito, anche se in minima parte, alla comprensione di questo oggetto.
Le capacità non vi mancano. Provate a simulare il circuito completo valutando anche l'impatto sulle perdite dell'espansore del tipo di fluido utilizzato.
Sembra banale, ma un FREON cosidetto DRY o anche l'etanolo darebbero risultati molto superiori all'acqua.
Tanto per cominciare il loro calore di vaporizzazione è molto più basso, e quindi la perdita associata alla valvola di immissione sarebbe molto più bassa.
Per una serie di motivi che sarebbe lungo spiegare io sarei il più entusiasta a vedere pubblicati simili risultati.
Questo espansore era l'elemento centrale di un mio progetto che poi non si è realizzato.
Quando l'ho interrotto non ero arrivato ancora a definire il dimensionamento ottimo.
Se lo faceste voi avreste tutta la mia stima.
Un'ultima cosa: il free piston è affascinante, ma nessuno è mai riuscito a farci funzionare una qualunque cosa dotata di valvole. L'azionamento delle valvole richiede costanza di corsa, e lo scarico a luci pure. Diversamente quando la pressione è bassa (nuvola fantozziana sulla parabola??) il pistone non arriva alla luce e non scarica. E il motore si ferma.

@Stranamore

Il tuo lunghissimo intervento offre numerosi spunti di discussione.
Inizio con questo commento, ma anticipo che altri seguiranno nei prossimi giorni.

Non ci sono dubbi sul fatto che il Colibrì sia un espansore. Forse è sfuggito che questo thread si intitola "L'espansore volumetrico adiabatico: dalla teoria alla pratica".
Nel caso dei motori di Ericsson e di Brayton il pompaggio è strategico e pertanto non si può mai trascurarne il peso senza rischiare fregature colossali.
Con il vapore, il pedaggio da pagare per il pompaggio del liquido è quasi sempre trascurabile rispetto al lavoro sviluppato dall'espansore (difficilmente raggiunge l'1%). Per questo motivo quando si parla del vapore è pratica comune riferirsi all'espansore chiamandolo motore.

Rispiego ancora una volta cosa accade al PMS perchè evidentemente l'argomento risulta particolarmente ostico.
All'apertura della luce di immissione avviene una trasformazione di tipo isoentalpico che riporta la pressione al valore massimo (isocora al PMS). Tale trasformazione è irreversibile ed è naturale che comporti perdita di rendimento.
Inoltre poichè il pistone arriva all'apertura della luce con una certa velocità, non invertirà immediatamente il moto perchè prima dovrà rallentare fino a fermarsi compiendo un certo tragitto (identificato nei commenti precedenti come extra-corsa). A tale tragitto risulta associata una variazione di volume e la pressione risulta fissa sul valore massimo (si tratta pertanto di un processo isobaro). Quando il moto inverte, il tragitto opposto (che porterà alla chiusura della luce e all'inizio del processo adiabatico) è sempre di tipo isobaro ed essendo coincidente con il precedente non determina alcun effetto sul lavoro utile e sul rendimento.
Attenzione pertanto a non confondere il processo isoentalpico (che causa perdita di rendimento) con quelli isobari relativi all'extra-corsa del pistone (che non causano variazioni di rendimento).
Nel blog ho dedicato un post al confronto dei cicli termodinamici del Colibrì, dell'Uniflow e del motore a vapore con ciclo ideale: Colibrì Vs Uniflow Vs Rankine: considerazioni laterali.
Ne consiglio la lettura.

Sarebbe interessante capire che cosa ha portato all'erronea convinzione che nei calcoli non si sia tenuto conto di tutto quello che sta fuori dall'espansore.
Per evitare ulteriori ridicoli equivoci si specifica che quelli indicati sono i rendimenti teorici termomeccanici (rendimento termomeccanico = lavoro utile / calore fornito).
Nei calcoli è stato considerato sia il lavoro di pompaggio che i vari calori scambiati (calore per il riscaldamento del liquido dalla temperatura di condensazione alla temperatura di vaporizzazione, calore latente di vaporizzazione, eventuale calore per il surriscaldamento del vapore).
I dettagli numerici non sono stati riportati in questo thread per non appesantire inutilmente la discussione.
Tuttavia, per chi fosse interessato ad approfondire l'argomento, consiglio di leggere questi due post pubblicati sul mio blog che risalgono al novembre dello scorso anno.

Il Colibrì a vapore

Il lavoro di pompaggio nel Colibrì a vapore

A parità di temperature operative, l'utilizzo di una sostanza diversa dall'acqua ha effetti importanti sulle pressioni di lavoro e di conseguenza varia il lavoro utile per ciclo.
Per quanto riguarda il rendimento le variazioni sono invece estremamente contenute.

Sembrerebbe che almeno qualcuno abbia colto le reali potenzialità del Colibrì.

La realizzazione di un Colibrì nella versione free piston è una sfida impegnativa e colma di insidie, ma la strada è tracciata.
Se è vero che nessuno è mai riuscito a far funzionare un free piston dotato di valvole, significa che il Colibrì ha la speranza di ottenere anche questo primato.


Con questo commento termina l'attenzione rivolta all'intervento di Stranamore.

La scarsa partecipazione dei lettori a questa discussione la impoverisce di un contributo importante.
Probabilmente gli argomenti trattati sono troppo avanzati e viene da chiedersi se valga o meno la pena di continuare.

Per i moderatori del forum: si prega di non accorpare il presente commento ai precedenti.

La mancanza di interventi di altri utenti rende la discussione noisa e quindi ha poco senso continuarla.
Preferisco spendere il mio tempo scrivendo dove c'è possibilità di dialogo.
Il link è contenuto al commento #19.

Motore adiabatico per cogenerazione domestica - page 10

Qui c'è tutto, compreso i risultati del motore

L'entusiasmo è una gran bella cosa. Ma non bisonga sempre ripartire da capo.Qui: The White Cliffs Solar Steam Engine trovate una realizzazione pratica del concetto. Posso garantirvi che il sito esiste da almeno 10 anni. Io l'ho trovato e studiato nel 2002. Il che dimostra da un lato che il concetto è valido, dall'altro che non è una novità. Non lo era neanche per loro in realtà, il concetto è vecchio quasi quanto il motore a vapore. Diciamo che loro hanno avuto i mezzi per realizzarlo su scala e taglia applicabile commercialmente.

"Il che dimostra da un lato che il concetto è valido, dall'altro che non è una novità"

La piccola insignificante novità rispetto al motore che si vede nel link da te inviato, è quella di aver cambiato la valvola a sfera con una valvola a cassetto.

Questo era stato del resto da me stesso evidenziato nel post n°2 di questo stesso thread.
Anzi vi riportavo questo link molto significativo: Animated Engines - CO2 Motor
Ne descrivevo in seguito vantaggi e svantaggi.

Successivamente, se hai avuto la pazienza di leggere e seguire lo sviluppo del discorso, sempre su questo thread, è stato introdotto:
1 - il concetto costruttivo di "valvola a cassetto mobile"
2 - e l'altro concetto costruttivo di espansore "non uniflow"

Queste due successive modifiche, per me molto interessanti e innovative, non sarebbero state possibili senza quella piccola insignificante novità della valvola a cassetto che andava a sostituire la valvola a sfera.
Con la valvola a sfera tutto questo non sarebbe stato possibile...

...........

PS. Se solo avessimo visto un po' più di entusiasmo, avremmo continuato con altre proposte costruttive molto più interessanti, ma pare che il vapore non interessi a nessuno !!!

@rampa e yuz
Ragazzi, io manco da tempo dal forum per sovra impegno, ma ho l’impressione che siate diventati permalosi.
E quando mai uno dovrebbe scrivere solo se altri sono interessati? Uno scrive o per condividere o per confrontarsi. La condivisione, perlomeno finchè il forum resterà in linea, rimane impressa anche per chi legge. Sono in tanti a leggere il forum senza sentirsela di scrivere. Soprattutto in discussioni come questa che, lasciatemelo dire, non è banalissima.
Tornando in topic.
La sostituzione della valvola a sfera con il manicotto non toglie e non aggiunge niente all’espansore.
Termodinamicamente (ma solo idealmente) sono equivalenti. Il manicotto dovrebbe in teoria essere più affidabile, evitando il fenomeno d’urto del pin del pistone sulla sfera, ma introduce perdite di altro tipo. Ben difficilmente infatti si potrà annullare il gap anulare necessario alla scorrevolezza, gap che comporterà inevitabilmente perdite di fluido durante il periodo di teorica chiusura. Benché non scaricato all’esterno questa è comunque una perdita, perché man mano che l’espansione procede il vapore trafilato ha sempre minori possibilità di espandersi e dare lavoro.
Guarnizioni non se ne possono mettere, perché dovendo lo spigolo uscire dalla guarnizione stessa per permettere l’alimentazione del motore, si ricreerebbero fenomeni di urto al rientro dello spigolo che distruggerebbero la guarnizione stessa in poco tempo.
La versione a manichetta mobile non mi sembra aggiungere nulla. Anche se ammetto che forse è solo che non sono riuscito a capirla. La briga di leggermelo il topic l’ho presa, ma non ho capito quale è il vantaggio che si voleva introdurre. Invece avrei visto bene l’applicazione di un altro concept, che rampa aveva introdotto nel topic sul motore brayton. Quello mi sembrava molto più promettente.
Per quanto riguarda invece l’espansore non uniflow, esso è di rendimento decisamente più basso dell’uniflow. Per una serie di motivi che se volete potrò approfondire esso introduce perdite di heat-bypass notevoli e pericoli conseguenti di colpi d’ariete per condensazione. Tanto che si era dovuto comunque introdurre per sicurezza il concetto di ricompressione del vapore, come per l’uniflow.
Non a caso l’uniflow è sempre stato definito “espansore a ricompressione totale”, a sottolineare che anche gli altri avevano la ricompressione per una certa porzione della corsa.
L’unico vantaggio dell’espansore a cassetto rimane l’enorme vantaggio di coppia regolando il grado di ammissione, cioè la porzione di corsa per cui il vapore viene alimentato, caratteristica che lo ha sempre fatto preferire sulle locomotive che hanno bisogno di coppia di spunto alla partenza da fermo.
Sugli espansori a vapore si sono scritti centinaia di trattati, da qui il mio consiglio a considerare il problema in senso più allargato. La discussione sull’espansore è interessante, ma il farla disgiunta dalla restante parte del ciclo è limitativa. Non è un caso che il rendimento calcolato sia molto vicino al Rankine, perché di fatto è un Rankine.

L'intervento di Stranamore dimostra che almeno lui non ha capito ancora quali sono le regole del gioco con i motori a combustione esterna destinati alla generazione elettrica.
Vengono riproposte per l'ennesima volta di seguito.

La prima regola da tenere sempre a mente è il vincolo economico. Se l'impianto non riesce a ripagarsi con l'energia elettrica che produce non ha nessuna speranza di poter aver un futuro successo commerciale.
L'obiettivo è estremamente ambizioso, quasi certamente irraggiungibile per un privato.
Il rendimento pertanto non è prioritario, ma un aspetto assolutamente marginale.

All'inventore di un dispositivo che ha l'efficienza di Carnot, ma che non ha nessuna possibilità di ripagarsi con la corrente elettrica che produce, resta solo la speranza di ricevere il premio nobel.

Nel forum Fai da Te qualche giorno fa ho scritto:

Spesso i motori a vapore e più in generale i motori a combustione esterna vengono spacciati nel web come tecnologie boicottate per salvaguardare gli interessi dei petrolieri.
La realtà invece è un'altra e ha un sapore amaro.
Pur essendo la bolletta elettrica in Italia più alta che in altri paesi, riuscire a creare una tecnologia economicamente competitiva è una sfida estremamente difficile forse impossibile.

Ma allora perchè continuare a parlarne?

Studio queste applicazioni da diversi anni e continuo a farlo perchè mi piace, ma anche perchè la speranza di riuscire nell'impresa è l'ultima a morire.
Sono a disposizione per ragionare insieme sul come fare, ma soprattutto sul se fare.
Se non ci si diverte e si è interessati solo al guadagno, probabilmente si resterà delusi.


@Stranamore
Il motore Brayton a combustione esterna è morto tanto tempo fa ed è stato sepolto prima dello Stirling.

"La versione a manichetta mobile non mi sembra aggiungere nulla. Anche se ammetto che forse è solo che non sono riuscito a capirla. La briga di leggermelo il topic l’ho presa, ma non ho capito quale è il vantaggio che si voleva introdurre"

La valvola a cassetto mobile consente di chiudere con ritardo la valvola di immissione del gas in pressione, di fatto permettendo una spinta isobara che non ci sarebbe con il cassetto fisso.
Dalla chiusura della valvola in poi, resta ovviamente presente l'espansione adiabatica.
Questo è un vantaggio quando il Rapporto Pressorio (RP) è basso.

Nel caso in cui la valvola a cassetto mobile regoli anche lo scarico (situazione non-UniFlow), si verifica che anche la chiusura dello stesso avviene con ritardo, diminuendo drasticamente le quantità di gas e lo spazio per la ricompressione di ritorno.

Sono vantaggi termodinamici (aumento potenza/peso) e sopratutto costruttivi a mio parere non indifferenti...

A proposito di condivisione

Un utente ancora attivo (si dice il peccato, ma non il peccatore) una volta ha lasciato questo contributo in seguito al mio commento #48 del 10/06/2013, ma lo ha cancellato pochi minuti dopo.

'avanzati' dall'800.

Resta ancora la curiosità di sapere se era riferito alla presente discussione oppure se si è trattato semplicemente di un errore.

Avendo la certezza che l'autore della "strana" frase ha preso visione del mio ultimo commento, in mancanza di sue smentite si può ragionevolmente concludere che non si trattasse di un errore e che invece quanto aveva scritto era riferito proprio a questa discussione.
Visto che l'autore si fa desiderare procedo divertendomi a fare speculazioni sul suo intervento.
Quella frase, lasciata e poi cancellata, è particolarmente curiosa perchè la parola "avanzati" ha un doppio siginificato a seconda della posizione dell'accento.

àvanzati - imperativo presente seconda persona singolare
avanzàti - participio passato

Chissà qual è l'interpretazione giusta!

Il peccato, il peccatore ed il perdono

Dai Yuz, chiunque sia stato evidentemente si è pentito. Magari voleva solo dire che oggi gli espansori a vapore non sono più d'attualità. Ovviamente sbaglia. Io che lavoro nel settore dei motori posso testimoniare che questo tipo di oggetti è di grandissima attualità. Solo che al momento l'utilizzo che se ne prevede non è tanto quello di generatori primari di energia, quanto di recuperatori dell'energia ancora contenuta nei gas di scarico dei motori a combustione interna. E posso assicurarvi che la diatriba tra espansore volumetrico e turbinetta è ancora lontana dall'essere risolta. Laddove la turbina è tipicamente un po più efficiente nell'espansione (se si ragionasse di aria sarebbe l'opposto) si rimangia tutto nelle perdite nei riduttori di giri (almeno due stadi dovendo fare 30:1 di riduzione) e nel giunto idraulico necessario a filtrare le torsionali del motore verso la turbina. Infatti oggi il vero confronto è tra espansore volumetrico collegato direttamente all'albero motore e turbina collegata direttamente ad un generatore elettrico ad alta velocità. Solo che poi bisogna sapere cosa farsene dell'energia elettrica prodotta, il che se il veicolo non è un ibrido con la batteria non è banale. PS. Mi scuso se i miei post sono scritti troppo densi ma sul mio PC l'editor del sito non prende più l'andata a capo e non posso fare altro che scrivere tutto di fila senza separazioni logiche del discorso.

'avanzati' dall'800'

Yuz, di che ti lamenti... ci ha fatto un complimento!
E' il Participio Passato del verbo "avanzare" inteso come progredire, quindi "progrediti", non inteso come "rimasti"...

La profezia si avvera

Era stato previsto che il Colibrì fosse un motore veloce, ma il superamento di 11000rpm con il primo prototipo realizzato cannibalizzando un due tempi a scoppio è un risultato al di là di ogni più rosea aspettativa.
A questo punto non ci sono dubbi: il Colibrì è destinato ad essere il motore alternativo più veloce del mondo.

No, non lo è e non potrà mai esserlo.
La velocità di rotazione nei motori alternativi è un concetto fuorviante.
Motori grandi girano piano, motori piccoli girano veloci, e tutto a pari livello di sollecitazione.
Infatti l'indicatore della sollecitazione non sono gli RPM, ma la velocità media lineare del pistone.
Questa a sua volta dipende si dagli RPM, ma soprattutto dalla corsa del pistone stesso.
Motori da aeromodellismo hanno superato i 30.000 RPM senza patemi d'animo.
I motori da F1 attuali sono limitati elettronicamente a 17-18.000 RPM, ma prima del limitatore da regolamento facevano i 22.000 RPM.
Tale regime era normale già 40 anni fa per le mitiche Honda NSR a pistoni ovali da Gran Premio, e anche per il successivo modello di produzione di fine secolo scorso. Moto a tiratura limitata, circa 80 milioni delle vecchie lire per venirne in possesso.
Ma nessuno di questi motori, pur essendo meraviglie della tecnica, superava il limite dei 27-28 m/s.
Questo è il limite comunemente accettato nella letteratura tecnica per motori alternativi aventi il massimo della tecnologia a disposizione.
Tabellina dei valori comunemente noti:
8 m/s - Motore diesel industriale a lunghissima durata vecchio stampo (1.000.000 di km)
10 m/s - Motore diesel industriale moderno
15 m/s - Motore benzina
27 m/s - Limite noto

Ma il vero problema con il salire di giri sono gli scambi gassosi.
Un conto è girare a vuoto, un conto generare potenza.
Il colibrì non genera potenza al suo interno, ma utilizza energia di pressione fornita dall'esterno.
E' essenziale quindi che ci siano i tempi materiali per il riempimento della camera di accumulo.
In ogni caso la velocità significa perdite per attrito, e basso rendimento.
Ti rendi conto di cosa serva per avere gli scambi gassosi ad alta velocità guardando la luce di scarico del tuo cilindro origine 2 tempi. Probabilmente, sui 180° della corsa di espansione, quasi 90 sono di apertura della luce di scarico.
Infatti non è facile prevedere il comportamento reale di un motore. Di sicuro non con le formule della termodinamica classica. E lo dice uno che ha realizzato un Excel in grado di simulare un motore MCI.
Ma mentre per la parte di ciclo a valvole chiuse, senza scambi gassosi, una volta trovati i modelli matematici descrittivi dei fenomeni si può ottenere un risultato abbastanza vicino alla realtà, la parte di scambi gassosi non può essere simulata con semplici formule matematiche, comunque complesse.
Si possono solo fare delle ipotesi grossolane. Per esempio io avevo dovuto supporre una pressione alla fine della fase di aspirazione, supposizione fatta in base a dati noti in letteratura del rendimento volumetrico.
Ma in un MCI ci sono tantissimi dati noti in letteratura. Non è così per i motori "non convenzionali".
Non ci hai mostrato i disegni costruttivi del tuo colibrì, ma da quello che ho visto dalle foto difficilmente funzionerà con grande rendimento. L'altezza della luce di scarico mi sembra (un taglio più che una luce) assolutamente insufficiente per evacuare il vapore, cosa essenziale per il buon rendimento dell'espansore.
Capisco l'approccio "costruiamo e vediamo cosa succede", ma è l'ultima spiaggia.
Oggigiorno ci sono gli strumenti per predirre con un margine di errore ridotto il comportamento di un motore.
Posso suggerirvi per esempio il ciclepad, programmino open source dallo sviluppo purtroppo abbandonato, che simula con un approccio matematicamente corretto sia i cicli aperti che quelli chiusi.
Certo che se volete avere una idea di cosa può veramente fare oggi un programma di simulazione professionale fatevi un giro sul sito: Gamma Technologies - Engine and Vehicle simulation
Questo è il programma che utilizziamo in azienda per simulare gli MCI. E predice con un margine di errore piccolo se il modello è fatto in maniera dettagliata.
MA può essere utilizzato per simulare anche i motori a combustione esterna.
Loro stessi forniscono tra gli esempi allegati al programma un modello di stirling alfa.

@Yuz
Puoi credermi se ti dico che ho ben chiaro il concetto di ritorno economico di una tecnologia.
Fa parte purtroppo del mio lavoro.
Piuttosto ti invito a considerare questa affermazione: il sole non è gratis.
Un conto è se stiamo parlanso di reflui di calore industriali, laddove la sorgente è concentrata.
Li l'economicità dell'espansore può dire la sua.
Un conto è se si parla di energia solare.
La necessità di concentrarla per poterla utilizzare, e la necessità di grandi superfici di captazione comportano grandi costi di impianto.
Mentre per un generatore a combustione il costo primario è il combustibile, per un impianto solare si chiama ammortamento.
Ed è una bestia fetente. Perchè se la benzina nel generatore non la metti, perchè non ti serve la corrente, la sua voce di costo sparisce.
Cioè il combustibile, in termini aziendali, è un cosiddetto "costo variabile".
L'ammortamento invece corre sempre. E' cioè un "costo di struttura". E fa una enorme differenza.
Nella funzione di costo dell'impianto solare, la voce più importante è proprio l'efficienza del convertitore.
Man mano che essa aumenta ovviamente aumenta il costo dello stesso, ma diminuisce in maniera molto più marcata il costo della parte di captazione.
L'efficienza del convertitore ha cioè un "effetto leva" sul costo totale dell'impianto.
In questi tempi di crisi poi, dove i soldi non te li anticipa nessuno se non ad interessi da usura, l'investimento iniziale è il vero discriminante che influenza se le cose vengano fatte o no.
Ti sarai chiesto come mai c'è un grande fervore sul fotovoltaico a concentrazione, sull'efficienze delle celle stesse, sulle celle multigiunzione all'arseniuro di gallio e chi più ne ha più ne metta.
Quale è il senso di questo fervore? Minimizzare l'investimento iniziale per arrivare ad un costo al kWh competitivo.
Perchè non assistiamo al proliferare di impianti con celle peltier? Oramai costano poco e al 5% ci arrivano.
Semplice, perchè con il 5%, che più o meno è quello che renderebbe un rankine con espansore volumetrico come il colibrì, non c'è nessun ritorno economico possibile.
Non si vedono neanche gli impianti ORC, che se ben fatti girano tra il 10 ed il 13%. Alla fine, nonostante il costo, sono ancora convenienti i fotovoltaici, che oramai arrivano commercialmente al 20-22%.
Gli stirling, con efficienze dimostrate del 32%, sono competitivi nonostante il costo esorbitante del convertitore.
Quello che ancora li frena è la complessità di manutenzione.
La vera sfida sarebbe un convertitore che renda quanto uno stirling ma che costi un quarto.
Quella sarebbe la "game changing" tecnology.