Discussione: Test e modifica di un LTD Stirling di commercio

per displacer a scatti intendi che non si muove in maniera sinusoidale, ma a" curve triangolari".
mi semra di intendere che variare la fase non porti a grossi risultati, se non una maggiore accelerazione a meno ch

Originariamente inviata da DinoDF

..se non ho capito male, la massima efficienza, intesa come potenza ricavata su potenza fornita, la si ha con il displacer mosso a scatto anticipato di 90° rispetto al pistone di potenza, dato che per la formula di Beale all'aumentare della frequenza si ha un aumento della potenza.

Originariamente inviata da biker.twin

per displacer a scatti intendi che non si muove in maniera sinusoidale, ma a" curve triangolari".
mi semra di intendere che variare la fase non porti a grossi risultati, se non una maggiore accelerazione ......

Daccordo, sulla base delle vs. osservazioni provo a trarre le mie conclusioni. Mi piacerebbe sentire anche il vostro parere, magari prendo abbagli !!

OSSERVAZIONI:
La prima grande differenza che si nota tra le prestazioni del motore originale ed il motore con il displacer a scatto, è la velocità finale raggiunta.
Biker, il movimento discontinuo o a scatto del displacer non è triangolo, vorrebbe essere un mivimento istantaneo, è più verosimilmente trapezio (vedi la terza immagine postata all'inizio del 3D).
La velocità più alta raggiunta dal motore nella versione a 90°_fissi farebbe pensare, come dice DinoDF, che la potenza meccanica sia raddoppiata.
In effetti, io non credo che sia così; per almeno due motivi:
1_ In questa prova l'albero si è 'allegerito' del carico del displacer, è naturale che vada più forte.
2_ La bobina trascina il displacer nel suo cilindro per tutta l'altezza utile. Lo stirling della Kontax invece si ferma ad 1 mm dai due piatti senza mai entrare in contatto con questi (per confort meccanico-acustico). Questo significa che la nuova versione gode di un volume spazzato dal displacer del 20% maggiore e, contemporaneamente, di equivalente riduzione del 'dead volume'.
Secondo me, non è quindi possibile comparare tra loro queste due versioni (Originale e 90°_Fissi).
Sicuramente il beneficio di avere un displacer in rapido movimento c'è, ma da questi dati è difficile stimarlo.
Lo sò, avrei potuto mettere due stop meccanici al movimento del nucleo della bobina o al tirante ma mi sarebbe rimasto da risolvere ancora il problema del punto 1_. Sarebbe stato lavoro inutile.

Molto più interessante invece il confronto tra le versioni 90_Fissi e Var_Angle perchè lo si può fare alla pari: hanno entrambi il displacer a scatto e stesso carico all'albero. Differiscono solo per la diversa gestione SW della fase.
Nel grafico di raffronto tra queste due versioni si vede chiaramente che per salti termici importanti le tracce rosse e quelle blù quasi sono sovrapposte, ma per differenze minime di temperatura le accelerazioni sono estremamente diverse (vedi grafico allegato).
In particolare a 20°C la coppia disponibile è doppia (il momento d'inerzia non cambia) e quindi, in quell'intorno di velocità, la potenza istantanea espressa all'albero è anch'essa doppia !!
Per avere conferma di questa aumentata vivacità per bassi salti termici, ho fatto un'ultima prova: ho provato a far partire le tre versioni a 6°C di deltaT (sotto questo valore il controllo di temperatura diventa inaffidabile).
L'unica versione che continua a girare tranquillamente, con anticipi di pochi gradi, è quella a controllo di fase ...... a ben 55 rpm !!!

CONCLUSIONI:
Dalle prove non è possibile stimare il positivo effetto del movimento discontinuo del displacer rispetto a quello classico sinusoidale. Il beneficio sicuramente esiste ma deve essere contenuto, comunque non eclatante.
Invece, controllare l'angolo di anticipo tra dislocatore e potenza porta ad una notevole estensione applicativa (verso il basso) dello stirling testato che sembra essere diventato un ULTRA-LTD. Inoltre è possibile controllare il motore anche in frenata.

Ok, io ho finito ...... mai lavorato tanto !!
Dite la vostra, ciao.

Complimenti.
Ma continuo a non capire se l'anticipo (e percè no ritardo) di fase lo fai solo in transitorio ed a regime ti porti a 90° o vai a cercare la fase con potenza maggiore (misurabile con i rpm credo).

Bhè, si tratta di anticipo perchè tu devi 'anticipare' le necessità del pistone di potenza (compressione ed espansione) se vuoi mantenerlo in movimento.
Il Sw per quanto gezzo è un pò difficie da spiegare senza diagramma di flusso, ci provo. Il ritardo lo usi se vuoi frenare il motore.
All'inizio, dopo qualche esperienza, il displacer viene mosso in modo sincrono ed in fase con il segnale del fotointerruttore.
Dal momento che il motore gira, il controlo misura la velocità all'albero e si calcola l'accelerazione assunta come media di 2.5 giri (5 volte PIgreco) consecutivi.
Se la differenza tra due medie successive è positiva (ossia l'ultima media è maggiore della vecchia) prova ad aumentare l'angolo di qualche grado.
Se invece la differenza è negativa (ossia il motore perde 'spinta') decrementa l'angolo di pilotaggio in corso.
Se per 5 volte consecutive il controllo deve decrementare l'angolo di pilotaggio, allora viene considerato che si è nell'intorno del picco della curva di coppia.
Da questo momento in poi, la fase viene regolata come in precedenza ma basandosi sulla differenza delle velocità misurate sul singolo PIgreco.
Diciamo che il controllo lavora in tempi differenti sui due parametri che definisco la potenza, prima sulla coppia (di fatto sull'accelerazione) e successivamente sulla velocita angolare. Sempre variando progressivamente la fase.
Dando un occhio all'oscilloscopio ed osservando i dati di acquisizione, il culmine di coppia si raggiunge tra i 5° ed i 12° angolari; il massimo di velocità tra gli 85° ed i 92° angolari.
Ciao

Originariamente inviata da Hike

Bhè, si tratta di anticipo perchè tu devi 'anticipare' le necessità del pistone di potenza (compressione ed espansione) se vuoi mantenerlo in movimento.
Il Sw per quanto gezzo è un pò difficie da spiegare senza diagramma di flusso, ci provo. Il ritardo lo usi se vuoi frenare il motore.
All'inizio, dopo qualche esperienza, il displacer viene mosso in modo sincrono ed in fase con il segnale del fotointerruttore.
Dal momento che il motore gira, il controlo misura la velocità all'albero e si calcola l'accelerazione assunta come media di 2.5 giri (5 volte PIgreco) consecutivi.
Se la differenza tra due medie successive è positiva (ossia l'ultima media è maggiore della vecchia) prova ad aumentare l'angolo di qualche grado.
Se invece la differenza è negativa (ossia il motore perde 'spinta') decrementa l'angolo di pilotaggio in corso.
Se per 5 volte consecutive il controllo deve decrementare l'angolo di pilotaggio, allora viene considerato che si è nell'intorno del picco della curva di coppia.
Da questo momento in poi, la fase viene regolata come in precedenza ma basandosi sulla differenza delle velocità misurate sul singolo PIgreco.
Diciamo che il controllo lavora in tempi differenti sui due parametri che definisco la potenza, prima sulla coppia (di fatto sull'accelerazione) e successivamente sulla velocita angolare. Sempre variando progressivamente la fase.
Dando un occhio all'oscilloscopio ed osservando i dati di acquisizione, il culmine di coppia si raggiunge tra i 5° ed i 12° angolari; il massimo di velocità tra gli 85° ed i 92° angolari.
Ciao

sembra strano, ma ho capito.
Secono me sei in grado di costruire un freno o un generatore per misurare il carico assorbito (la coppia e la potenza) e verificare tutti i parametri e prestazioni, cosi potresti anche verificarne il modello di Beale.
Il sw lo hai fatto con PLC o via PC?

Il Sw gira su una interfaccia pc proprietaria (diciamo) costruita molto tempo fà e per tutt'altri scopi, ma è ovviamente possibile fare tutto con un piccolo microcontrollore ed una schedina SD o similari.
Per il freno, meglio che non ci provi. Non sono sufficientemente abile nella meccanica, figurarsi nella micromeccanica e poi ...... non dimenticare cosa insegno !!

Ciùmbia Hike, ottieni a 20° quasi il 90% della coppia che normalmente avresti a 50°, ed a pari condizioni hai potenza doppia!! Hai fatto un calcolo spannometrico del rendimento di questo accrocchio?

Urca .... un calcolo sul rendimento ?? No, non l'ho fatto.
Dunque, vediamo .... 0,02% ?!
Davvero non saprei come fare con un motore così.

hai la potenza termica dalle resistenze che usi per riscaldare, ma manca la potenza meccanica da un eventuale freno...ha dimenticavo il tuo vero lavoro...scherzo

Originariamente inviata da Hike

Urca .... un calcolo sul rendimento ?? No, non l'ho fatto.
Dunque, vediamo .... 0,02% ?!
Davvero non saprei come fare con un motore così.

Beh, la potenza fornita (termica) la conosci dalle resistenze che usi per riscaldare. Per la poteza meccanica, son il freno si potrebbe...ah dimenticavo il tuo lavoro ...ma non si potrebbe con un generatore...piccolo ..

Originariamente inviata da Hike

...la potenza meccanica sia raddoppiata.
In effetti, io non credo che sia così; per almeno due motivi:
1_ In questa prova l'albero si è 'allegerito' del carico del displacer, è naturale che vada più forte.
2_ La bobina trascina il displacer nel suo cilindro per tutta l'altezza utile. Lo stirling della Kontax invece si ferma ad 1 mm dai due piatti senza mai entrare in contatto con questi (per confort meccanico-acustico). Questo significa che la nuova versione gode di un volume spazzato dal displacer del 20% maggiore e, contemporaneamente, di equivalente riduzione del 'dead volume'.
...
Molto più interessante invece il confronto tra le versioni 90_Fissi e Var_Angle perchè lo si può fare alla pari: hanno entrambi il displacer a scatto e stesso carico all'albero. Differiscono solo per la diversa gestione SW della fase.
Nel grafico di raffronto tra queste due versioni si vede chiaramente che per salti termici importanti le tracce rosse e quelle blù quasi sono sovrapposte, ma per differenze minime di temperatura le accelerazioni sono estremamente diverse (vedi grafico allegato).
In particolare a 20°C la coppia disponibile è doppia (il momento d'inerzia non cambia) e quindi, in quell'intorno di velocità, la potenza istantanea espressa all'albero è anch'essa doppia !!

Concordo pienamente con le tue osservazioni, l'aumento di velocità cambiando il movimento del displacer è dovuto probabilmente per il minor dispendio d'energia dovuto allo scollegamento del displacer, che per potenze così piccole non è certamente trascurabile.
Molto interessante invece il discorso della variazione di fasatura che implica un notevole miglioramento delle prestazioni!

Originariamente inviata da DinoDF

..................
Molto interessante invece il discorso della variazione di fasatura che implica un notevole miglioramento delle prestazioni!

Ciao Dino
Nulla di nuovo, per carità. Gli effetti della fasatura variabile sono già noti, esistono studi del prof.Martini ma anche di altri al riguardo.
I risultati del test però mi hanno meravigliato ugualmente: le prestazioni del motore non cambiano in sè ma si livellano verso l'alto anche per salti termici estremamente ridotti.
L'effetto è quello di un cambio meccanico, è come se si fosse abituati a partire in seconda o peggio in terza marcia; non sempre è possibile muoversi da fermo. La fasatura variabile permette di partire in prima, anche con pendenze altrimenti proibitive !

Ciao

ciao, complimenti vivissimi, ottimo lavoro, se continui così mi sa che ci avviciniamo al cilo teorico di carnot
la bobina purtroppo assorbe energia per tenere su e giù il displacer però se ne fai 1 di grosse dimensioni penso che sia una piccolissima parte dell'energia, se ci fosse 1 altro sistema per tenerlo su e giù di scatto che ne so 1 meccanismo meccanico, qualcosa boo

Originariamente inviata da Wattos

ciao, complimenti vivissimi, ottimo lavoro, se continui così mi sa che ci avviciniamo al cilo teorico di carnot
....

Grazie Watt
Per Carnot ..... bhè, mi sà che non c'è nulla da fare ... nomen omen.
Ciao

non è detto sai, secondo me se lavorassi con queste tue prove ad un motore non commerciale ma un prototipo molto vicino al ciclo teorico ci andresti molto ma molto vicino sai.
Quindi quando si dice senza perdite termiche ci metti 1 bel pezzo di plastica ricoperto di polistirolo, quando dice senza perdite di pressione lo fai di tipo alfa tutto ermetico, quando dice gas ideale lo riempi di helio o idrogeno magari fatto da elettrolisi, insomma segui alla lettera come ti dice il ciclo di carnot, lo migliori e poi lo testi pian piano
infatti hai azzaccato pienamente l'intuizione di isoterma ideale e adiabatica usando quel trucchetto di spostare velocemente il displacer su e giù con la bobina, poi si condividono le idee ci si aiuta chi non sa 1 cosa ne saprà 1 altra ecc...
(e poi vedo che l'attezzatura non ti manca di certo, mica come me che la mia scrivania sembra un rottamaio)

Ciao Hike, posso chiederti che rapporto ha il tuo motore, inteso come volume netto dell'aria su cilindrata motore? io sto progettando un LTD da 2.3cm³ di cilindrata e pensavo ad almeno 144cm³ di volume interno al displacer, dovrebbe andare no?

Grazie
D

Ciao Dino
credo che tui voglia conoscere il 'Volume Lavoro' e quello di 'Compressione' del Kontax.
A me risultano:
Lavoro ______________ 37.75 cc
Compressione ________ 0.53 cc
Il cui rapporto è molto vicino a quello che intendi utilizzare tu.
Buona fortuna e posta poi i risultati !!
Ciao

Grazie mille è proprio quello che chiedevo, appena finisco posto tutto :-)