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Discussione: Dimensionamento cilindro/pistone di potenza

  1. #1
    Novizio/a

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    Predefinito Dimensionamento cilindro/pistone di potenza



    Buongiorno a tutti,sono luca,primo messaggio in questo forum,per hobby sono aeromodellista e micromeccanica,volevo sapere questo,mettiamo caso che io abbia costruito uno Stirling Gamma con dislocatore di dimensioni x,manovellismi perfetti senza attriti,come cilindro/pistone di potenza ho però la possibilità di scegliere tra due misure,una più grande del previsto e una più piccola,cosa vedrò nel funzionamento?
    Lo Stirling partirà?,avrò solo un cambiamento nel rendimento,giri diversi,potenza diversa o semplicemente se non hai le misure perfette non si muoverà nulla.
    Vi chiedo questo perchè nel web si vedono molti Stirling che viaggiano come treni e magari sono costruiti con le cose più strane,ma ho letto di volenterosi che hanno progettato il tutto alla perfezione,ma non gli funziona nulla,ora è facile nascondere un motorino elettrico e far girare il proprio Stirling,fatto con un vecchio lavandino,qualche barattolo di vernice e tubi vari.
    Volevo cimentarmi nella costruzione di un Gamma,ma sono reduce della costruzione di un alpha che non ha mai voluto saperne di rimanere in movimento.
    Saluti

  2. #2
    Appassionato/a

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    ciao luca 1962,
    sei partito col piede sbagliato: l'alfa è una brutta bestia, e non è facile farla andare; la mia spiegazione, suffragata da teoria ed esperienze, è che l'alfa non si può progettare col metodo "isotermo", in quanto l'elevato rapporto di compressione porta di fatto a trasformazioni adiabatiche, con quel che ne consegue come il ciclo a "8" e così via. Non solo, ma richiede in genere, proprio per questo motivo, temperature molto elevate per poter funzionare, diciamo oltre i 500 °C come temperatura del cilindro caldo.
    Diversissimo è il discorso del beta, o dell'alfa, al limite del Ringbom (free dsiplacer): qui le pressioni sono più basse, quindi le trasformazioni sono abbastanza isoterme, e il progetto diventa più veritiero; ti sconsiglio il beta come prima realizzazione in quanto meccanicamente complesso per via del passaggio dello stelo del displacer nel pistone di lavoro
    Se fai un gamma, cosa che ti consiglio, tieni il volume ​dinamico del displacer almeno 3 o 4 volte più grande di quello di lavoro, così partirà a temperature relativamente basse.
    Ti consiglio un buon libro : Motori Stirling alfa, beta, gamma e Ringbom-Motore Manson della Sandit, che presenta anche molte realizzazioni (una ventina o giù di lì); spero di non avere violato troppe regole, ma ho cercato di evitarti di ribattere la testa.
    Sappimi dire,
    Fort41
    Ultima modifica di fort41; 02-02-2015 a 11:01 Motivo: precisazione

  3. #3
    Novizio/a

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    Grazie Fort41,mi fa piacere leggere quello che scrivi del'Alpha,tra qualche giorno comincerò la progettazione/costruzione del Gamma,senza volerlo ho comprato qualche giorno fa il libro che dici tu,dovrebbe arrivarmi domani,non vedo l'ora.
    Ti farò sapere appena avrò qualche risultato.
    Saluti e grazie

  4. #4
    Appassionato/a

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    Quote Originariamente inviata da luca1962 Visualizza il messaggio
    Grazie Fort41,mi fa piacere leggere quello che scrivi del'Alpha,tra qualche giorno comincerò la progettazione/costruzione del Gamma,senza volerlo ho comprato qualche giorno fa il libro che dici tu,dovrebbe arrivarmi domani,non vedo l'ora.
    Ti farò sapere appena avrò qualche risultato.
    Saluti e grazie
    ciao luca1962
    nella edizione attuale del libro non c'è ancora la trattazione Alfa adiabatico, che inserirò nella prossima edizione, se ci sarà.
    Per colmare almeno in parte la lacuna, ti mando in allegato (ci provo!) il programma excell con il simulatore anche adiabatico, versione Hot Cap, cioè dove è la testa stessa del cilindro di espansione (caldo) che viene scaldata;
    il diagr.P,V rappresenta tutti e due i casi, adiabatico e isotermo; se entri k=1 ovviamente i due cicli si ricoprono.
    vedrai che, specialmente a basse temperature del gas (150-250 °C, cioè in realtà 300-400 per la parete della testa calda) si può avere un ciclo a "8", equindi con lavoro circa zero, che si apre per un angolo maggiore di 90°, mentre la teoria isoterma dà sempre il massimo a 90°.
    Credimi, parti dal Gamma, non grosso, di cilindrata qualche cm^3, e non fare come tanti che mettono un lungo tubo fra cilindro displacer e cilindro di lavoro: devono essere "appiccicati" così da avere il minimo di volumi morti; molto bella la configurazione a L che troverai nel libro.
    Buon divertimento
    Fort41

  5. #5
    Novizio/a

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    Ciao Fort41,grazie degli allegati,il libro è arrivato ieri,complimenti è proprio ben fatto,si legge bene come un romanzo e penso che sia indispensabile per creare questi piccoli giogliellini,sono arrivato al rigeneratore,non vedo l'ora di cominciare a progettare qualche cosa,il mio scopo però(in futuro)sarà quello di costruire uno Stirling da 1 kw,ma questo è un sogno lontano,per ora ne costruirò uno molto più piccolo,come cilindro di potenza userò uno dei cilindri dell'alfa,il pistone è da 2x2 cm e la corsa è da 2 cm cosa ne dici? o cestino tutto e ricomincio tutto da capo.
    Saluti luca1962

  6. #6
    Appassionato/a

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    Quote Originariamente inviata da luca1962 Visualizza il messaggio
    Ciao Fort41,grazie degli allegati,il libro è arrivato ieri,complimenti è proprio ben fatto,si legge bene come un romanzo e penso che sia indispensabile per creare questi piccoli giogliellini,sono arrivato al rigeneratore,non vedo l'ora di cominciare a progettare qualche cosa,il mio scopo però(in futuro)sarà quello di costruire uno Stirling da 1 kw,ma questo è un sogno lontano,per ora ne costruirò uno molto più piccolo,come cilindro di potenza userò uno dei cilindri dell'alfa,il pistone è da 2x2 cm e la corsa è da 2 cm cosa ne dici? o cestino tutto e ricomincio tutto da capo.
    Saluti luca1962
    Ciao Luca1962,
    se il cilindro/pistone è ben fatto, non buttarlo via ma utilizzalo per il Gamma.
    Guarda che queste macchine, come dico più volte, hanno prevalenze pressorie molto basse, mezza atm quando va molto bene: è pertanto fondamentale che:
    • il pistone sia "quadro", o meglio se più corto ancora, così a parità di volume dinamico avrai una sezione più grande e quindi forze maggiori (e attriti minori)
    • il pistone deve avere una buona tenuta ma scorrere bene, praticamente senza attrito; fai la prova: col pistone tutto dentro, girandolo in basso e tenendolo chiuso con un dito il pistone NON deve cadere subito, ma metterci un po' di tempo; togliendo il dito che lo chiude, il pistone deve scivolare fuori.
    per il 1kw, il progetto termodinamico è sempre lo stesso, quelloo che cambia, e moltissimo, rispetto i modellini, è il progetto meccanico.
    Ricordati di non usare mai lubrificante, se entra nell'hot cap ti può scoppiare tutto .
    Ciao, Fort41
    Ultima modifica di fort41; 04-02-2015 a 18:55 Motivo: errori

  7. #7
    Novizio/a

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    Ciao Fort41,prova fatta,il pistone scende molto lentamente,per fare la corsa di 20mm ci metterà almeno un minuto,poi quando liberato scende subito senza attriti,cosa ne pensi?,il pistone e il cilindro sono di bronzo e posso ancora lavorarli come corsa.
    Naturalmente la prova è fatta senza nessun tipo di lubrificante,il bronzo crea pochissimo attrito.
    Saluti luca1962

  8. #8
    Appassionato/a

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    [QUOTE=luca1962;119599493]Ciao Fort41,prova fatta,il pistone scende molto lentamente,per fare la corsa di 20mm ci metterà almeno un minuto,poi quando liberato scende subito senza attriti,cosa ne pensi?,il pistone e il cilindro sono di bronzo e posso ancora lavorarli come corsa.
    ciao luca1962,
    congratulazioni, ottimo risultato, poi mi dirai con quali utensili lo hai fatto.
    Ora hai un "signor" cilindro: devi decidere i restanti parametri: apri il CD del libro sul programma stirling gamma, e comincia a caricare i dati (mi raccomando:solo sulle caselle gialle) del cilindro di lavoro: diametro e corsa, avrai la cilindrata.
    Poi devi decidere il rapporto N fra volume dinamico del displacer e vol.dinamico del cil. di lavoro, prima ottenuto;
    per fare ciò, tenendo una temperatura calda Tc di circa 300 °C, carica un diametro e una corsa del displacer così da avere il rapporto N, che ti consiglio di tenere sul 3,5; vai sul grafico di ottimizzazione e vedi dove sei (losanghetta).
    Devi poi caricare tutti i restanti parametri che il programma ti chiede, cioè sostanzialmente gli spazi morti: stima questi parametri in base alla struttura fisica che pensi di fare, e mettili dentro: il programma ti darà il lavoro atteso (joule) per ciclo, e la potenza al numero di giri che carichi: ti consiglio, per le tue dimensioni, di non andare oltre i 1300 giri.
    Ricordati che i volumi morti sono micidialmente dannosi, cerca di tenerli al minimo, in particolare il volume attorno al pistone displacer.
    Il collegamento fra cilindro displacer e cil. di lavoro NON deve causare strozzature al gas, ed essere contemporaneamente il più piccolo possibile (è un volume morto!): per ottenere questo risultato, i due cilindri devono essere il più possibile addossati, uno contro l'altro.
    Ricorda infine che in questi motori non conta la temperatura massima, ma la differenza si temperatura fra la parte calda e quella fredda del dsplacer, e quindi dovrai mettere in atto qualche isolamento, in modo che scaldando il cappuccio caldo non si scaldi anche la camera fredda: sul libro trovi qualche idea sul come fare.
    Ultimo, il displacer deve essere il più possibile leggero, e non deve condurre il calore: come pensi di fare?
    Tieni lo stelo del displacer sui due mm di diametro, non di più.
    Senza esagerare, usa la lunghezza del displacer (ho detto lunghezza, non corsa) per migliorare l'isolamento fra le due camere.
    Guarda infine sul programma la percentuale dei volumi morti rispetto il volume dinamico del displacer: se superi il 25% sei in zona critica.
    Buon lavoro, Fort41

  9. #9
    Novizio/a

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    Ciao Fort41,il mio tornio è il Ceriani David 203 quasi 20 anni di vita e una precisione impeccabile,gli utensili sono i Sanvik Coromant con placchetta.
    Ti ringrazio tantissimo di tutte le informazioni che mi dai,ieri ho tirato giù un abbozzo del cilindro di potenza e del sostegno che lo terrà vicinissimo al dislocatore,non vedo l'ora di cominciare a costruire.
    Saluti luca1962

  10. #10
    Appassionato/a

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    ciao luca1962,
    la macchina è buona assai, 20 anni per un tornio se ben trattato non sono niente, i miei ne hanno più del doppio; io ho lo Schaublin 102, il Bimillesimale Borletti, e un Boley da orologiaio.
    Ma evidentemente, visti i risultati che dici, anche la manina è buona!
    Con un cilindro di lavoro di 20 mm di diametro il passaggio tra i due cilindri deve essere di almeno 10 mm.
    Non mi dici nulla del displacer: in che materiale pensi di farlo?
    Per un motore piccolo come quello che stai facendo non vale la pena di farlo in lamierino: fosse un Ringbom ancora ancora, ma un gamma a mio avviso non ne vale la pena; io nel libro consiglio il silicato, ma recentemente ho provato il gesso fine (scagliola) e a mio avviso è una buona soluzione, molto leggero e regge le temperature di questi oggettini, e poi non costa niente. E lo lavori al tornio (ripulendolo molto bene dopo).
    E' chiaro che questa è una soluzione che va bene per i modellini, non certo per quando farai il kw!
    A proposito: ricordati di "rigare" le superfici della camera fredda e del fondello dell'hot cap per migliorare la trasmissione di calore (1mm x 1mm, vedi foto nel libro).
    Ciao, Fort41

  11. #11
    Novizio/a

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    Ciao Fort 41,anche tu hai delle belle macchine,la mia mano non è poi così esperta,solo che quando lavoro con il mio tornietto cerco di fare tutto molto lentamente e comunque molte cose le faccio più di una volta per avere quella giusta(come per il pistoncino in questione fatto tre volte).
    Il doslocatore lo volevo fare in teflon,ma pensandoci bene costa un botto,di legno o di fibra di carbonio si può fare?
    Facendo aereomodelli lavoro spesso con fibra di vetro/carbonio e resine epossidiche,debbo vedere se esiste una resina resistente al calore,se ci fosse si potrebbe costruire un dislocatore leggero e rsistente.
    Un saluto da luca 1962

  12. #12
    Appassionato/a

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    Facendo aereomodelli lavoro spesso con fibra di vetro/carbonio e resine epossidiche,debbo vedere se esiste una resina resistente al calore,se ci fosse si potrebbe costruire un dislocatore leggero e rsistente.
    Un saluto da luca 1962[/QUOTE]

    ciao luca1962,
    ti sconsiglio vivamente il legno, che carbonizza che è un piacere, e il teflon, che come temperatura non regge poi tanto; per quanto riguarda la fibra di carbonio, se non sbaglio anche lei si ferma prima dei 270 °C, che è poco.
    Per questa dimensioni ti consiglio il silicato (vedi libro), o la scagliola: fai uno stampino in cartoncino un po' più grande, ci coli dentro la scagliola, e dopo qualche ora la lavori al tornio; quando la coli mettici dentro lo stelo, con saldata qualche rondellina o ferretto per fare tenuta meccanica, e poi lavori il tutto.
    Se usi il silicato, anche qui lo devi fare più grande, metterci lo stelo fissato con bi-componente (lo stelo rimane praticamente freddo), poi lo lavori a misura prendendo con una pinza (del tornio) lo stelo.
    Per il cappuccio caldo fatti un mandrino a misura in ferraccio, e glie lo fai sopra con lamierino 0,2 o 0,3 di bronzo o acciaio, saldato con castolin a 550 °, non meno se no poi si squaglia.
    Ciao,
    Fort41

  13. #13
    Seguace

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    C'è della fibra che regge anche 400°C ..

  14. #14
    Appassionato/a

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    Quote Originariamente inviata da umbi Visualizza il messaggio
    C'è della fibra che regge anche 400°C ..
    ciao Umbi,
    molto interessante, puoi dirci di più, per esempio il nome industriale e dove reperirla? Poi precisare cosa significa che "regge", perché io ho un po' timore di queste mescole strane, che in genere a certe temperature possono emettere gas micidiali, mentre il silicato o il gesso ne sono immuni.
    Per le resine resistenti al calore, io ha trovato sostanzialmente quella che dico come bi-componente, dichiarata utilizzabile fino a 300°C, che ho provato e ha una aderenza non male.
    Per andare oltre ho dovuto passare ai "cementi", di cui ve ne sono alcuni che reggono fino a 1000°, ma con adesioni molto inferiori alle resine. Lo stesso dicasi per i siliconi, al massimo si arriva, e non è poco ma il più delle volte non basta, ai migliori "300°C" per le testate dei motori a scoppio.
    Però, se si fa il cilindro displacer abbastanza lungo (senza esagerare) e in materiale poco conduttore (vedasi acciaio inox o certo bronzo) allora si riesce a fare una testa calda a 500°C (che significa gas all'interno non oltre i 350-400 °C), con i "piedi" non troppo caldi, così da potere fare un fissaggio a flangia con silicone rosso e isolante in mica di 2mm (ma non di più se no i piedi si scaldano troppo e il silicone si brucia)
    Fort41
    Ultima modifica di fort41; 08-02-2015 a 15:27 Motivo: aggiunta

  15. #15
    Seguace

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    Per esempio quelle bende preimpregnate per marmitte che mi sembra venissero garantite a quelle temperature (Sono date anche per marmitte catalitiche)

    O qui : http://www.sitecsrl.com/PagineCotron..._4700_4703.htm Oppure : http://www.cotronics.com/vo/cotr/pdf/4703.pdf
    Ultima modifica di umbi; 08-02-2015 a 18:04

  16. #16
    Appassionato/a

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    O qui : DURALCO 4460, 4700, 4703 - Sitec srl Oppure : http://www.cotronics.com/vo/cotr/pdf/4703.pdf[/QUOTE]

    ciao umbi ,
    i prodotti della Cotronics li conosco, e a mio avviso sono quanto di meglio; ho provato la 4700 perchè la 4703 non era reperibile in modeste quantità, funziona bene se si segue il processo termico a due passi indicato per la stabilizzazione.
    Però 315 °C non sono molti, si deve fare in modo che bastino, giocando sul materiale e la lunghezza del cilindro displacer.
    Della Cotronics segnalo l'ottimo cemento 7000, che però è un cemento, quindi presenta una adesione bassina.
    Ottimo da usare assieme alla precedente, come descritto nel libro.
    Fort41

  17. #17
    Appassionato/a

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    ciao a tutti sto leggendo con attenzione tutti i post , la sterling mi sta affascinando , qualcuno ha già realizzato qualcosa di funzionante che genera ?
    saluti

  18. RAD

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