Discussione: costruito motore stirling in italia

Salve a tutti
Lunedi scorso è stato mostrato nel corso di una tesi di dottorato la prima macchina di stirling in configurazione free piston progettata e costruita in Italia FUNZIONANTE !
E' un motore chiamato "mod32" realizzato su progetto di un ricercatore universitario italiano e da una società di bologna.
La macchina è stata già testata e funziona molto bene.
Peccato che ora lo sviluppo si debba fermare per mancanza di fondi.

Se lo volete vedere potete andare su

http://it.youtube.com/watch?v=IZUTiwSj2cI

a breve verrà anche messa in rete tutta la storia ... appena fatto ve lo dico

Sembra veramente interessante.
Quando hai altri elementi, postali.
Grazie!

di fatto dispongo di tutti i dettagli, cosa desideri sapere ?

TUTTO

Anchio...TUTTO

... tutto ?
ragazzi il discorso è piuttosto lungo, considerate che ci sono + di 12 mesi di lavoro e centinaia di ore di lavoro ... sintetizzarle non è semplice.
Posso dirvi che il motore l'ho progettato a maggio del 2006 e tra luglio e settembre 2006 sono stati realizzati i primi componenti. A ottobre 2006 è stato esposto alla 25° BiMu a Milano ed in effetti diverse persone si sono interessate alla macchina. In teoria avrei già venduto tutta la produzione se l'avessi. Tra gennaio e marzo 2007 è stato ottimizzato e il prototipo ha funzionato abbastanza bene. L'unica vera fregatura è stato l'alternatore lineare che non ho trovato e quindi mi sono dovuto arrangiare. Insieme ad un tesista l'abbiamo costruito ... infatti funzionava da schifo !!!
Però che figo il motore ... si fermava solo quando finiva la bombola della camping gas.

Se trovo i soldi costruisco il secondo prototipo un pò più potente visto che il primo ha una potenza di una decina di watt.

mod,di dove sei?
cosa ti serve in sostanza per costruirne uno più grande?

Il primo prototipo è costato in totale circa 120.000 euro.
Diciamo che per farne uno nuovo evoluzione del precedente dovrei avere a disposizione almeno sei volte tanto.

720.000 euro?????senza offesa,ma auguri,forse nella prossima vita lo costruisci.
Guarda che con 4.000 euro lo prendi in Germania da 1 kw uno stirling.

Edited by caponord23 - 18/3/2008, 19:38

Tanto di cappello, Mod32!
Certo, la cifra è molto consistente, anche nella previsione della preparazione di una tesi di laurea.
Spero che tu possa in un qualche modo piazzare il progetto presso una qualche industria, od almeno la tua preparazione, in modo da rientrare nelle spese.
Ora, al di la dell'enorme lavoro che hai svolto tutto da solo e che giustamente conteggi, a quanto ammontano le spese vive dei materiali e delle lavorazioni meccaniche?
Hai utilizzato materiali speciali o ceramici?
Quale fluido vettore hai impiegato?
Il gruppo è pressurizzato?
Se no, quale soluzione adotteresti per un apparecchio industrializzato?
Sei riuscito a valutarne con accuratezza il rendimento?
Il filmato che hai inserito su You Tube, è un poco sintetico e non mostra dettagli.
Come tu stesso affermavi, l'alternatore lineare ha un aspetto un poco casereccio...
Considerato il delicato equilibrio delle risonanze, come agisci per variare il numero di cicli?

Perchè vi meravigliate dei costi ?
avete idea di quanto è costato quel sistema che la baxi o la vaillant o gli altri metteranno in commercio ?
Venerdi scorso ho incontrato il manager della microgen che ha sviluppato il progetto ... loro hanno avuto 25 milioni di euro l'anno per svariati anni e uno staff di 100 persone che vi lavoravano ed ora con appena 9 milioni di euro riescono ad avviare la prima commercializzazione incentivata dallo stato (non italiano ovviamente).
Se volete fare un'innovazione industriale di tipo meccanico come lo sviluppo di un motore, perchè di ciò si parla, i costi sono dell'ordine dei milioni di euro.
Diverso è il discorso di fare un giocattolo ad uso dilettantistico; i prezzi si abbassano ma non c'è più ricerca, sviluppo, industrializzazione, marketing ecc.
Se poi vivi in una nazione come la nostra in cui fare ricerca significa "cercare in internet" e sviluppare nuovi prodotti significa "cercare cosa hanno fatto all'estero e importarlo" allora i costi salgono in modo ancora più consistente.

Un modellino didattico può costare da qualche decina di euro a qualche migliaio tutto compreso ma parli di oggetti che hanno alle spalle semplici lavori e un pò di disegno, magari una buona fantasia ma non hai un prodotto industriale con un rendimento del 20 - 30 % e una vita utile di 20000 - 40000 ore (ho comprato un free piston in giappone per 9000 yen ... ma è un giocattolo in plastica))

Il costo della macchina lo possiamo quantificare in circa 10.000 euro senza alternatore, senza messa a punto, solo materiali e lavorazioni.
A quello bisogna aggiungere l'alternatore (se lo trovate fatemelo sapere) e il lavoro di montaggio e messa a punto (svariate ore)
I materiali sono acciai di ottima qualità
il fluido di lavoro per ora è aria ... l'elio costa 200 euro a bombola e francamente ce lo siamo risparmiato.
L'accoppiamento displacer, pistone e cilindro diciamo che è ... particolarmente curato.
Per valutare il rendimento dovrei metterlo come si dice "al banco" e monitorarlo ... se troviamo i finanziamenti volentieri andiamo oltre.
per ora diciamo che siamo sotto al 20% meccanico.

L'alternatore fu fatto in fretta e senza particolare competenza ... Francamente ho cercato aiuto ma tutte le industrie interpellate mi hanno risposto "picche" ... la ricerca e l'innovazione non è di questa nazione :-(

E' vero che puoi comprare, forse, un motore per 4000 euro ... ma se sei una fabbrica non compri il motore ma la possibilità di fare il motore con tutto ciò che la cosa comporta, ovviamente i prezzi sono diversi.

Per i dettagli ... ragazzi se una fabbrica investe decine di migliaia di euro non è che poi va in giro a dire "come" a fatto a fare le cose ma solo che le ha fatte ... e io sono tenuto al segreto professionale.

Posso divulgare solo la parte universitaria in quanto frutto di accordi industria - università proprio per la divulgazione scientifica

Concordo con quanto scrive Mod32. Le cifre che indica ci stanno tutte.
Piuttosto mi chiedevo se nello studio, terminato con la realizzazione del prototipo, hai avuto modo di introdurre elemeti di novità rispetto all'accademia dello stirling o qualcosa di più rispetto ad altre esecuzioni concorrenti.
E poi, di chi è oggi la paternità di tali innovazioni ?
Grazie, Hike

Considerando che al mondo risultano due scuole di pensiero sulle macchine free piston, il gruppo infinia, enatec, rennai e il gruppo con sunpower e microgen direi che ogni realizzazione "funzionante" introduce delle novità.
Diciamo che possiamo avere due tipi di novità: una scientifica e una industriale.
Per lo scientifico grazie al lavoro anche di altri ingegneri sono emerse delle interessanti peculiarità non presenti nella letteratura internazionale e che abbiamo evidenziato negli articoli pubblicati.
Dal punto industriale è difficile dirlo, non conosco nei dettagli costruttivi gli altri e quindi non saprei dire.
Comunque in letteratura non mi risulta pubblicato molto sulla reale realizzazione dei free piston ma solo i principi.
Ovviamente ogni fabbrica ha i suoi segreti.

a me farebbe piacere conoscere questi dati, se puoi e se ti va:

- qual'è la temperatura massima e minima della parte calda e della parte fredda?
- il tuo motore può funzionare a temperature diverse, erogando potenze differenti? del tipo: voglio più potenza, aumento la temperatura della parte calda
- qualche parola sull'efficienza? nel caso il tuo stirling possa funzionare a temperature diverse, ci dai l'efficienza massima, quella minima e una formula per calcorare quelle nel mezzo?

ciao, grazie, Ciro

la macchina l'ho fatta lavorare tra la temperatura ambiente con un circuito di refrigerazione ad acqua (25°C) e la temperatura di circa 600°C prodotta tramite un piccolo bruciatore a gpl.

Può funzionare a temperature diverse ... se per diverse intendiamo 400 - 800 °C per la parte calda e 20 - 80 °C per la parte fredda. Non è una macchina a bassa temperatura.

L'efficienza è tutto sommato bassa. La macchina deve essere ancora ottimizzata per bene, sviluppati degli scambiatori di maggiore efficienza e sopratutto devo mettere mano al rigeneratore per migliorare il sistema. Attualmente il prototipo ad un'efficienza meccanica (energia in ingresso, energia meccanica prodotta) valutata tra il 5 e il 10 % mentre se consideriamo quella elettrica scendiamo di molto (problema dato dal generatore lineare).

Sinceramente non so se continuerò con questo prototipo ottimizzandolo o piuttosto ne implemento uno nuovo di maggiore potenza.
Il mio desiderio sarebbe quello di costruirne uno da 1 kWel. con un rendimento del 40% ma la strada la vedo molto lunga e difficilmente perseguibile in Italia.

grazie delle risposte

un dato che non sono riuscito a trovare in questo forum è: perchè si dovrebbe usare uno stirling invece che una turbina o una microturbina, dato che sono entrambi motori adatti allo stesso scopo (trasformare in energia meccanica quella terminca)?
e perchè uno stirling free pinsons anzichè uno 'tradizionale'?

Ciao a tutti

CITAZIONE (mod32 @ 29/3/2008, 12:35)

L'efficienza è tutto sommato bassa. La macchina deve essere ancora ottimizzata per bene, sviluppati degli scambiatori di maggiore efficienza e sopratutto devo mettere mano al rigeneratore per migliorare il sistema. Attualmente il prototipo ad un'efficienza meccanica (energia in ingresso, energia meccanica prodotta) valutata tra il 5 e il 10 % mentre se consideriamo quella elettrica scendiamo di molto (problema dato dal generatore lineare).Sinceramente non so se continuerò con questo prototipo ottimizzandolo o piuttosto ne implemento uno nuovo di maggiore potenza.
Il mio desiderio sarebbe quello di costruirne uno da 1 kWel. con un rendimento del 40% ma la strada la vedo molto lunga e difficilmente perseguibile in Italia.

Ciao mod32, bravo! sei uno dei pochi che fa "andare le mani". Sugli euro spesi del prototipo non entro nel merito più di tanto, possono essere "tanti o pochi" a me semprano troppi considerando che come dici tu la macchina ha un basso rendimento e deve essere ancora ottimizzata e pure si deve "mettere mano al rigeneratore" che è la parte più importante e critica di tutto un motore stirling e senza averlo provato con gas diversi dall'aria ed a maggior pressione, ma dopo tutti quei euro spesi per il prototipo, mi pare che 200 euro per una bombola di elio siano irrilevanti, o no? Si può in alternativa iniziare con l'azoto vai da un gommista e...Molto probabilmente l'alto costo di tutto l'apparato sono il tempo uomo, ma all'università non si costruisce per studiare e sperimentare?...Mah!
Per ovviare al generatore lineare che ha nel cambio di direzione una generazione pari a zero, si può usare una ruota libera in un solo senso o meglio, un cuscineto unidirezionale e adoperare un generatore rotativo sicuramente meno critico, più facile da trovare e non avrebbe punti di generazione zero, almeno che non si voglia generare corrente alternata e magari sincronizzata con quella di rete, ma questa è un'altra storia...

Salutoni
Furio57

Edited by Furio57 - 30/3/2008, 01:52

un'antica domanda di questa sezione del forum, che io sappia irrisolta, è:
perchè uno stirling anzichè una turbina/microturbina?
e già che c siamo: perchè un free pistons?

tu che sei laureato, anzi addiritttura dottorato...puoi illuminarci?

Ogni macchina ha ... la sua applicazione.
lo stirling va bene per fare certe cose, una turbina altre ed entrambe funzionano bene e sono convenienti in alcuni campi di potenza.
E' in progetto l'idea di una microturbina da 500 watt da usare in un ciclo rankine ma attualmente è solo nella mente di poche persone e mi risulta solo una volta realizzata e poi accantonata. Se qualcuno riesce a costruirla potrebbe avere molto successo.

Il discorso l'ho già fatto in altri post, possiamo realizzare un motore per gioco, per ricerca, per farci i soldi. Ovviamente i costi e i risultati sono diversi.
Giorni fa sono stato a trovare un modellista bravissimo in provincia di reggio che ha costruito svariati stirling, ericsson, mangiafuoco diesel, benzina ecc. Delle realizzazioni spettacolari che farebbero la felicità di qualunque bambino (anche adulti). Sono rimasto affascinato dalla ricostruzione del motore di ericsson. ..... Solo le fusioni costano 800 euro !!!
Certo sono belli ma sono modelli.

Io faccio motori per ricerca, per sviluppare le soluzioni e per trovare nuove vie per farli funzionare, ottimizzarli, migliorarli. I costi sono con uno o due zeri in più. Oltre al costo del tempo di una persona dobbiamo aggiungere i costi vivi di realizzazione degli oggetti e l'acquisto di nuove soluzioni. Decidere di testare un nuovo materiale per le tenute può voler dire spendere da 1 a 5000 euro, una deposizione di cvd su un pistone mi può costare 200 euro e poi scoprire che è sbagliata.

Se poi vogliamo aprire una fabbrica allora si parla di "sette" zeri !!! ma non perchè sono esagerato ma solo perchè chi lo fa, vedi merloni bosch microgen, whispergen, solo, sunpower, baxi, vaillant, enatec infinia ecc ecc spendono queste somme di denaro per fare e forse arriveranno ... ma non è neanche detto.

Per quanto riguarda il free piston posso dire che secondo me è una strada da provare perchè se ci si riesce è l'unica macchina che può dare 40000 ore di funzionamento necessarie per essere competitiva nella microgenerazione con un rendimento del 40%. Idea comunque condivisa dai grandi gruppi industriali di cui sopra.
Se mettiamo un cinematismo è vero che possiamo usare alternatori più semplici ma la durata e il rendimento calano.
Un free piston è di una semplicità "disarmante" ma raffinatissima e complessa nei dettagli ma proprio per questo ha un suo "fascino" industriale.
Lìalternatore è di fatto la spina nel fianco del sistema e infatti a Tokyo all'ultimo congresso in molti hanno presentato memorie sulla costruzione e ottimizzazione di queste macchine. Vedremo cosa succede, per ora aspetto di trovare nuovi finanziamenti.

(per la cronaca le cifre che posso riferire sono al netto delle "tasse sulla ricerca" che in pratica si pagano in Italia e che incidono in misura variabile dal 20 al 60% degli importi)

se avevi intenzione di rispondermi, ti ringrazio ma devo dirti che penso tu non l'abbia fatto.
mi aspettavo che sia lo stirling che la turbina venissero usati in condizioni diverse. mi chiedevo (non l'ho fatto esplicitamente) quali sono queste condizioni. insomma mi aspettavo una risposta un po' più articolata (lo stirling si usa in queste condizioni, la turbina in quest'altra)

oh...non è una pretesa, ognuno risponde se vuole e come vuole. solo che se faccio una domanda, e qualcuno mi risponde, ma non risponde alla cosa che avevo chiesto, posso farlo notare.

grazie cmq

Scusa ... non mi sono reso conto di finire fuori risposta.

Diciamo che sono entrambe utilizzabili per le stesse applicazioni e in campi di temperatura analoghi grosso modo. L'unica vera differenza è nella taglia, piccola per lo stirling e più grande per le microturbine.
Teoricamente quello che fai con una lo puoi fare con l'altra: ad esempio posso con entrambe fare un impianto a biomassa, lo stirling lo penso da 10 kw mentre la turbina da 250 kw. Altro esempio possiamo prendere il recupero del calore: lo stirling lo metti in coda al processo e lo fai lavorare tra i 350 e i 40 °C con una potenza di 5 kw mentre la turbina la metti tra 300° e 60 con 150 kw.
Naturalmente siamo in situazioni più teoriche che altro in quanto a parte le parole manca ancora una vera utilizzazione con grossi numeri di entrambe le macchine.
Diciamo che sono sotto molti aspetti concorrenti, entrambe a ciclo chiuso, policombustibili, lo stirling con un rendimento maggiore. di contro la turbina lavora con differenze di temperatura minori, 300 gradi contro 600.

... sono stato un pò più chiaro ? chiedi senza problemi !

pienamente soddisfatto, ti ringrazio

altra questione sul feree pistons: dai modelli che ho visto in giro, ho avuto l'impressione (così, a naso..solo un'impressione) che uin free-pistons possa funzionare solo con una certa differenza di temperatura, che non può variare più di tanto.

Questa impressione mi è venuta dal fatto che il pistone di potenza e il displacer, in un certo senso, risuonano, e aumentando la velocità del pistone di potenza la posizione del displacer varia.

se è così, uno stirlng free-pistons non sarebbe adatto ad essere meso al vertice di un concentratore solare, perchè il sole sacalda in maniera diversa durante la giornata, durante l'anno e a seconda delle consizione climatiche.

è così?

tutti i motori stirling hanno bisogno di un delta t minimo per funzionare e quindi anche il free piston. Ciò non toglie che lo possiamo mettere al fuoco e farlo funzionare benissimo. Attualmente ci saranno almeno cinque gruppi industriali in Italia che vi stanno iniziando a lavorare, chi con cinematismi e chi con free piston.
Considera che nel fuoco di un concentratore arrivi a 800°C e il problema a volte è non superarli per non fondere gli scambiatori. Ritengo che una temperatura nel fuoco di 600°C potrebbe essere sufficiente a far funzionare bene un free piston, mi dirai che tutto dipende dalle ottiche. Comunque basta aspettare e lo sapremo.
E' vero che il sole "scalda" diversamente nel corso della giornata, dell'anno e del posto ma una volta che lo concentri adeguatamente queste differenze si riducono, mai giocato con una lente d'ingrandimento ?
A Milano al Casi Ricerche c'è uno stirling solare e mi raccontava il responsabile che in inverno avevano ottime prestazioni della macchina.

Quindi diciamo che dall'Italia in giù e per la maggior parte dell'anno un impianto solare termodinamico può funzionare senza troppi problemi.
Ovviamente nel deserto del Sahara forse potrebbe essere meglio.

CITAZIONE (mod32 @ 2/4/2008, 08:46)

E' vero che il sole "scalda" diversamente nel corso della giornata, dell'anno e del posto ma una volta che lo concentri adeguatamente queste differenze si riducono, mai giocato con una lente d'ingrandimento ?

c'ho giocato ...mi direbbe la logica che...
...SE il sole alle 13 di fine giugno scalda 20 volte (ho buttato un numero a caso) le 10 di mattina di fine dicembre,
...ALLORA il fuoco dello stesso concentratore è 20 volte più potente alle 13 di fine giugno ripetto alle 10 di mattina di fine dicembre

quindi per il momento non capisco perchè "una volta che lo concentri adeguatamente [il sole] queste differenze si riducono"

ti sei mai messo al sole l'inverno in una giornata limpida ? magari in montagna a gennaio ?
in teoria diciamo che il sole manda 1 kw di potenza per metro quadro e questo accade sia di inverno che d'estate ... però giustamente tu dici "d'estate è più caldo!" certo perchè variano molti fattori come l'altezza del sole sull'orizzonte e quindi la quantità d'atmosfera attraversata, la limpidezza del cielo, le nuvole, ecc.
Un concentratore fatto bene riesce a mediare i valori e alla fine riesci ad ottenere temperature di 800° gradi anche in inverno