Discussione: Nuova architettura stirling.. forse

Per il 3D posso consigliarti, perchè user frendly e abbastanza diffusi tra gli studenti, l'Autodesk Inventor ed il Solid Edge. Tutti e due parametrici.
Con il primo più rigoroso ed il secondo più semplice da usare e da far girare su macchine datate (1 Gb Ram basta ed avanza dove l'altro arranca con meno di 2). Con i tutorial si impara in poco tempo.

PS. Gli altri CAD tipo Catia, UG, ProE sono più impegnativi.

Dopo più di un anno ecco il quello che avevo in mente. é un po' piccolo ma non so se riesco ad immetterlo di dimensioni più grandi.

Seconda animazione più grande e con ripetizione

Non mi aspettavo un così "caloroso" riscontro!
Comunque vediamo di inserire qualche commento in più, rispetto all'animazione.
Allora, l'architettura è formata da 2 Stirling gamma sfasati di 180°. I due dislocatori sono tra loro solidali ed incernierati al centro. La loro posizione è data da un manovellismo bistato che permette l'auto avviamento. I cilindri di potenza sono contrapposti per ridurre al massimo il volume morto. Al centro c'è un rigeneratore dinamico estremamente efficiente che permette di rigenerare il fluido senza penalizzarne il transito, più che un rigeneratore dovrebbe definirsi un semplice scambiatore. Le tenute (un rosso) sono cilindriche per i pistoni di potenza, mentre sono toroidali per la separazione dei due dilocatori. Quest'ultime possono essere sostituite da un bagno di ferrofluido in caso si basse temperature e bassi delta T, rendendo il motore estremamente facile da costruire. Fate qualche commento... anche solo per mandarmi a remare.

Ciao IlioM. Non è per cattiva volontà che facciamo fatica ma per mancanza di tempo.
Io lo avevo guardato, ma anche con l'animazione ho fatto fatica a capire.
Forse una animazione tridimensionale ci aiuterebbe a capire di più.
Ad esempio non ho capito come agiscono i dislocatori. Per Quello che capisco hanno unb movimento angolare limitato, mentre le due sorgenti calda e fredda sono distanti. L'impressione è che il fluido potrebbe ristagnare invece di spostarsi da una camera all'altra.
Però non prenderlo come giusdizio assoluto. Potrei essere io che non ho capito. Anzi sicuramente è così. Rimando un giudizio più approfondito a quando ci avrai spiegato meglio la proposta.

Ciao Stranamore. Come avevo scritto nel post 21, io faccio scorrere i due dislocatori nelle due camere, dx e sx, una forma di parentesi aperta "(" e l'altra a forma di parentesi chiusa ")". Le due camere NON sono comunicanti ovvero non si scambiano fluido. Quindi quando il dislocatore (doppio) ruota non fa altro che spostare il fluido dall'alto in basso mentre nella camera opposta avviene l'inverso. In questa 2° versione ho aggiunto i rigeneratore dinamico. Prendendo in considerazione il solo stirling di destra, la camera a la forma di una "D" dove nella parte curva ")" lavora il dislocatore mentre il fluido è "costretto" a passare verticale "|". E, dato che, nella camera di sx avviene la stessa cosa ma in senso inverso nelle 2 pareti verticali ( || ) si ha un proficuo scambio di calore.

con le parole l'abbiamo sempre fatto, con il 2D lo stiamo facendo, con il 3D ci stiamo attrezzando

Ho capito un poco di più dalla tua spiegazione.
Molto bello l'accoppiamento "campanario" tra pistone e displacer. Fu utilizzato anche dal prof. Kolin per il low deltaT. Una delle migliori soluzioni al problema della discontinuità del moto del displacer, anche se adatta solo per potenze limitate.
Molto intuitivo anche lo scambio in controcorrente rigenerativo tra i fluidi dei due circuiti, che però richiede appunto che i due displacer siano linkati in esatta opposizione di fase.
E questo ci porta al vero problema.
Lo sfasamento tra il movimento del displacer ed i pistoni di potenza sarà corretto per uno dei due cicli, mentre non mi sembra possa esserlo per entrambi contemporaneamente.
Tu che hai a disposizione i file originari dell'animazione puoi però verificare disegnando le fasi dei 2 cicli a fianco dei movimenti.
Se questo problema non dovesse esistere direi che il concetto per un low delta T potrebbe essere senz'altro degno di essere costruito. Non consiglio di avventurarsi sulle alte temperature perchè le superfici esposte sono notevoli e + si sale di temperatura + si disperde calore e si rischia di fondere.

Bella disanima, ma (c'è sempre un ma) quello che tu affermi "sfasamento corretto per uno e non per l'altro" non è giusto. Negli Sirling "normali" lo sfasamento del displacer è di 90° rispetto al pistone quindi sarebbe di 270° per il pistone contrapposto. Quindi come dici tu per uno va bene per l'altro no. Nel mio "modello" il displacer è sfasato di 180° e questo lo rende corretto anche per il pistone contrapposto. Domani estraggo altri video dall'animazione originale, mettendo in evidenza il singolo stirling. Premettendo che non sto cercando di fare concorrenza a motori endotermici, non capisco le problematiche che esponi per le alte temperature, dato che sono state già risolte dai motori endotermici (che normalmente non fondono). Comunque il mio obiettivo è quello di ricavare (poca) energia da un basso salto termico perché più funzionale (solare, condensatori, scarichi)

L'accoppiamento a 180° di due Stirling collegati, comporta uno sfasamento e un ritardo quindi di 1/2 giro, non un'inversione del ciclo (leggi comparsa del ciclo freddo per l'altro) come mi pareva di aver dimostrato matematicamente e graficamente nel post#94 della discussione "Motori esotermici a doppio effetto"...

Il problema delle temperature non è risolto, nel senso che in un MCI viene risolto raffreddando tutte le pareti. Ma li la generazione del calore è in seno al fluido, quindi con una superficie esposta piccola (la superficie viaggia con il quadrato del raggio) rispetto alla generazione di calore (il volume viaggia con il cubo del raggio, e la quantità di calore generata dipende dal volume di miscela e dalla sua densità).
In uno stirling invece il calore viene trasmesso attraverso delle pareti, che per forza di cose devono essere almeno alla temperatura del fluido di lavoro.
La gemetria complicata poi aggrava il problema. Per questo avevo suggerito una applicazione Low DeltaT, che mi pare coincida con le tue intenzioni.
Lo sfasamento a 180° tra pistone e displacer non è corretto. Viene meno la fase di compressione del fluido prima dello scambio termico. Il fluido non percorre più un ciclo a 4 trasformazioni a due sole.
Può funzionare lo stesso, ma a rendimento molto ridotto. Lavora in pratica per sola espansione/implosione termica, saltando le fasi di compressione/espansione.

Prima di rispondere posto, per migliore comprensione, il singolo stirling di destra che ha la camera a "D" (fluido isolato)

Per Stranamore: Ora ho capito quali erano le tue perplessità per quel che riguarda le alte temperature (fluido caldo di se, pareti raffreddate anziché fluido da scaldare, pareti ancora più calde). Si potrebbe risolvere togliendo/isolando il pistone di potenza dalla testa calda, come già avviene per le tenute toriche dei displacer, e magari, facendoci passare il fluido raffreddato. Ma, come detto, l'obiettivo è un altro. Per quel che riguarda il rendimento (credo che) dovrebbe essere migliorato, in quanto vengono annullate, o ridotte, le fasi di compressione/espansione che sono passive (richiedono lavoro) a favore delle fasi di espansione/implosione che sono attive (danno lavoro) ed in quintali, dato che ad ogni trasformazione di energia vi è un perdita, ho meno trasformazioni tra cinetismo e calore. In qualsiasi caso si può variare l'anticipo con cui si muovono i displacer.
Per Rampa: il movimento del displacer è a scatti e viene avviato prima del punto morto (180°). il "quanto" prima può essere regolato/calcolato. Non ha senso, ma teoricamente, potremmo farlo iniziare anche a metà della corsa del pistone di potenza (90°) rendendo il resto della corsa "passiva".. ma non ne vedo il vantaggio anzi...

Diciamo che se ti tieni su un low delta T, e la temperatura di lavoro è abbastanza bassa da permettere la costruzione del displacer in materiale ultraleggero (tipo polistirolo espanso per capirci) il tutto, dopo essermi rguardato bene l'ultima animazione che hai postato, potrebbe funzionare in maniera egregia.
Spiego il senso di questa mia affermazione.
In un motore reale, che tiene conto degli attriti e delle inerzie, sarei costretto ad anticipare l'azionamento del displacer per far sì che non ci sia "urto". Un azionamento istantaneo al punto morto come illustrato sarebbe distruttivo nel caso di displacer dotato di peso non trascurabile. Il necessario anticipo di azionamento andrebbe ad inficiare i tempi di scambio da un ciclo all'altro.
Ma se il displacer è di massa trascurabile, trascurabile sarà la sua inerzia, e quindi potrebbe andarmi bene l'azionamento impulsivo in quadratura al punto morto ipotizzato da IlioM.
E' vero che si riducono i tempi disponibili per lo scambio rigenerativo, ma è pure vero che in low delta T il rigeneratore serve spesso a poco, per la limitata escusione di temperatura del ciclo e perchè in questi motori pesano più le resistenze fluidodinamiche che l'efficienza del rigeneratore.
Da questo punto di vista lo scambio in controcorrente, senza la matrice tipica del rigeneratore, che è quella che fa la caduta di pressione, potrebbe addirittura rivelarsi un grosso vantaggio.
Direi che il concetto è degno di essere promosso allo stadio successivo, quello dello studio delle tenute.

Bene, per essere "visionario" mi invento cose che "potrebbero" funzionare
Al di là del fatto che avrei idee su smorzamento di urti, anticipi e recupero del cinetismo, utili per uno stirling di potenza che, come detto non è l'obbiettivo, veniamo alla spiegazione delle tenute. Ce ne sono 6, 3 per ogni stirling gamma. La prima, normale, nel pistone di potenza scorrendo in un cilindro. Le altre 2 sono toriche, scorrendo nel toro che unisce i due dislocatori. Nella animazione sono evidenziate in rosso. il uno stirling a bassa temperatura (90°-100°) credo che questa complicazione si possa ovviare utilizzando una corona circolare in alluminio annegata in ferrofluido tenuto in sede da magneti.
Dato che li mio obiettivo è di estrarre (poca) energia (elettrica) da bassi delta T a basse temperature, gli urti potrebbero essere smorzati da cristalli piezoelettrici.

Allego l'animazione full size che è uno gif zippato.

Mi è venuto in mente che oltre che essere uno stirling di tipo gamma, autoavviante, ottimizzato con movimento quadro del dislocatore iperquadro, rigenerazione dinamica e riduzione attriti per manovellismo, è anche pressurizzabile a piacere, senza dover pressurizzare i manovellismi, ovviamente finché "tenute non ci separino!".
In soldoni, variando a piacere la pressione media interna, il funzionamento è indifferente rispetto alla pressione esterna, quest'ultima influisce solo sulle tenute.

Ciao IlioM. Purtroppo il motore non è autoavviante, come peraltro qualunque gamma del mondo. Infatti il dislocatore viene movimentato dai pistoni. Ma a pistoni fermi presumibilmente la pressione che si sviluppa nei due circuiti è simile.
La movimentazione ad inerzia del displacer, concetto valido, tanto che anche io ho nei miei archivi un beta ringbom con movimentazione del displacer assistita da inerzia, può aiutare rispetto ad un gamma puramente cinematico ad avviarsi facilmente, ma per capire realmente come si comporta il motore bisognerebbe simularne cinematicametne il movimento. Non come semplice animazione, o meglio con una animazione in cui le posizioni riflettono i risultati del calcolo. Ovvio che lo so che è complicato. Ma sono un calcolo simile può dare, se non certezze, dei buoni punti di indirizzo.
Per quanto riguarda le tenute, la loro estensione è critica.
Mi piacerebbe che tu ci postassi la loro configurazione e magari con un calcolo della loro estensione totale.
Come ho già detto ritengo il concept di principio interessante.
Ma devi fare un dimensionamento ed un progetto pratico per capire alla fine quali compromessi si devono fare per metterlo in pratica.

Ciao Stranamore, come hai detto tu il mio è un concept ed in questo ha di buono che non ha dimensioni definite. Nel caso specifico non ha nemmeno vincoli specifici (dimensioni derivate da altre). L'elemento un po' delicato da ingegnerizzare è il moto da te definito "campanario" ma ho già in mente come può essere sostituito da uno uno po' più tollerante.
Per quel che riguarda l'autostart io parto della considerazione che l'insieme è bistabile (ha due punti di minor energia potenziale del "batacchio") quindi, in quiete uno dei pistoni di potenza sarà al PMS con la camera collegata dalla parte calda. Dando calore al sistema, il fluido nella camera calda si espande muovendo il pistone dal PMS al PMI e cosi si inizia il ciclo.
Per la pratica.. ci stiamo attrezzando!

IlioM , se ti serve questo è uno stirling autoavviante in gamma :
Stirling Steele Welcome Page , ci sono i disegni in vendita .
Ciao . Spartano .

Originariamente inviata da spartano

IlioM , se ti serve questo è uno stirling autoavviante in gamma :
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Ciao . Spartano .

No grazie... conosco già.
Comunque lo stirling che indichi dimostra che avendone uno in posizione giusta il motore si avvia, e se ne hai 4 sfasati di 90° uno sicuremente ce ne!
Vorrei rimarcare che la mia architettura, in quiete e a senza delta T, riporta/disloca sempre un pistone al PMS e l'altro al PMI con le camere in fase positiva (espansione per il 1°,contrazione per il 2°) ed è per questo che io ritengo che sia autoavviante.
Ciao

Ho rivisto le fasi dei dislocatori e mi sono accorto che sono perfettamente sfasate di 90° come in tutti gli stirling.
Il movimento ad "onda quadra" mi ha portato fuori strada in quanto avviene nell'intorno dei PMS e PMI e non gradualmente come per i meccanismi biella manovella.