Discussione: Free-Piston Stirling Engine con ammortizzatori a magneti

Dal mio sesquipedale cervello:

1: inizio ciclo, dislocatore in basso, pistone PMI, molla indifferente:
2: pressione aumenta, pistone inizia corsa andata, molla si tende, dislocatore trattenuto dai magneti;
3A, 3B: pistone prossimo al PMS, tensione molla vince attrazione magneti, dislocatore scatta in alto;
4 : pressione diminuisce, pistone inizia corsa ritorno, molla si comprime, dislocatore trattenuto dai magneti;
5A: pistone prossimo al PMI, molla compressa, dislocatore trattenuto;
5B : forza molla e forza repulsione magneti del pistone sommate vincono forza attrazione dei magneti del dislocatore, che scatta in basso;
inizio nuovo ciclo.

I magneti "regolabili" significa che mediante una vite si possono spostare assialmente.

La cosa più furba sarebbe un sistema servoassistito, pilotato da un software dedicato, che elabori segnali provenienti da sensori di temperatura, pressione, velocità e posizione di pistone e dislocatore, e che tenga conto anche della produzione di corrente nella spira.

Forse la stessa corrente della spira può essere gestita in modo da impedire che il dislocatore vada a sbattere ad ogni fine corsa.

Vedere il particolare, per l' attenuazione degli urti e per il migliore trasferimento di calore. Anche il lato caldo, ed entrambi i lati del dislocatore sono combinati allo stesso modo, tante lamelle di metallo che aumentano la superficie di scambio e fungono anche da molle di fine corsa.

Nell spessore del dislocatore poò essere inserito/integrato un rigeneratore.

Questo sistema di movimento a scatti del dislocatore dovrebbe avvicinare il ciclo reale a quello teorico.

Probabilmente il problema più duro è di accordare le varie spinte e controspinte in modo da avere una specie di risonanza.

Si potrebbe aplicare anche un pp , forza quadruplicata , invertendo nord sud , si h 4 volte la forza di spinta .

Originariamente inviata da pancia 37

Si potrebbe aplicare anche un pp , forza quadruplicata , invertendo nord sud , si h 4 volte la forza di spinta .

-----------------------

Caro pancia 37,
se vuoi introdurre il pp, per favore posta una schema, e delle spiegazioni.
amir

L'esistenza dei magneti sarebbe un tentativo per rendere il più possibili isocore le trasformazioni intermedie suppongo, riconducendosi al ciclo stirling ideale, vero?
Il "problema" è che il dislocatore esercita anche un'azione frenante sul pistone, e questo incide ai fini del lavoro utile, almeno mi pare di vedere.

Ciao amir , non avevo capito il funzionamento ,scusa non va bene il pp.

Setup promettente!
Un importante punto di attenzione è che ogni magnete ha la sua temperatura di smagnetizzazione: dal lato caldo andranno usati dei magneti resistenti alle alte temperature, tipo AlNiCo.

Originariamente inviata da endymion70

1) L'esistenza dei magneti sarebbe un tentativo per rendere il più possibili isocore le trasformazioni intermedie suppongo, riconducendosi al ciclo stirling ideale, vero?
2) Il "problema" è che il dislocatore esercita anche un'azione frenante sul pistone, e questo incide ai fini del lavoro utile, almeno mi pare di vedere.

1) sì l' intento è quello;
2) per forza è così, avevo pensato anche ad un sistema ad elettrocalamite per muovere il dislocatore, ma anche in questo caso, come in quello di vincoli meccanici, l' energia viene dal pistone; bisognerebbe capire quale sistema è più efficiente (o meglio, quale sistema ha il miglior rapporto efficienza/efficacia);
il sistema di molle metalliche e magnetiche lo vedo come una complicazione dal punto di vista della regolazione, probabilmente l' arco ("range"?) di frequenza ottimale sarebbe molto ristretto .

Originariamente inviata da garofas

Un importante punto di attenzione è che ogni magnete ha la sua temperatura di smagnetizzazione: dal lato caldo andranno usati dei magneti resistenti alle alte temperature, tipo AlNiCo.

Eh, questo è un problema... avevo pensato ad un sistema di raffreddamento per quelli fissi sul cilindro del dislocatore, ma questo toglierebbe superficie utile allo scambio di calore, e non sarebbe applicabile a quelli sul dislocatore.
Penso che questo problema non sarebbe trascurabile nemmeno per i magneti sul lato freddo, perché da altre discussioni ho distillato che, facendo muovere reciprocamente dei magneti abbastanza velocemente ed energicamente, i magneti si scaldano.

Forse un sistema meccanico, con (altre) molle, e sfere, ed incavi dove si incastrano le sfere...? Però prima dovrei fare uno stage in un mollificio...
ora ci applico un momentino la potenza del mio genio e vedo cosa ne esce.

Ciao, grazie dei commenti

amir

Originariamente inviata da pancia 37

Ciao amir , non avevo capito il funzionamento ,scusa non va bene il pp.

E invece potrebbe andar bene, non tanto per quadruplicare la forza, ma per la possibilità di deviare il flusso da sopra a sotto il displacer. Ovviamente questa deviazione di flusso avrà un suo costo energetico, ma potrebbe essere utilmente sincronizzata con il pistone stesso.

Originariamente inviata da endymion70

E invece potrebbe andar bene, ... per la possibilità di deviare il flusso da sopra a sotto il displacer. ...

Prima o poi dovrò fare dei buchi nei miei paraocchi...

Originariamente inviata da endymion70

...potrebbe andar bene, ...per la possibilità di deviare il flusso da sopra a sotto il displacer. ...

Una cosa del genere?

Con questa modifica al Motore Stirling Free-Piston a Parallel-Path, il pistone lavora sul lato freddo, e così i magneti.
Si aggiungono le perdite dovute al moto alternato del liquido che trasmette il movimento dal pistone di potenza a quello che aziona il dislocatore, ed alla tenuta di quest' ultimo.

C'è inoltre il problema dei fine corsa.

Il "polmone" serve per accumulare energia grazie all' elasticità del gas in esso contenuto, secondo il movimento del pistone di potenza, questa energia serve per muovere il dislocatore, quando le bobine P.P. deviano il flusso dai magneti che trattengono il dislocatore.

Questo comando deve venire da un sistema cibernetico che elabori dati su pressione, posizione e velocità delle parti mobili, carico elettrico applicato.

amir shah

P.S. O.T. : "dislocatore" è una parola bruttissima a mio gusto, come si può chiamare diversamente? "Displacer" è un pò meglio, ma preferirei una parola in italiano.

Questa modifica serve a tenere bassa la temperatura dei magneti.

Forse accelerazione e corsa del pistone che aziona il dislocatore si possono modulare anche variando il volume della camera d'aria del polmone.
Voilà la modifica .

Qui come secondo me si potrebbero combinare sensori ed attuatori.

Ho trovato una incongruenza per cui come il Mark 1 come descritto non può funzionare.
Per la stessa ragione non funziona nemmeno il Mark 2.
Peccato mi parevano tanto ganzi!

Ricapitolo il funzionamento, limitatamente al Mark 1, il tutto, mutati mutandis, vale anche per l' altro:
macchina fredda, dislocatore al lato freddo, pistone di potenza al PMI;
inizia il riscaldamento, aumenta la pressione, pistone di potenza inizia a muoversi tendendo la molla che lo unisce al dislocatore, dislocatore bloccato dai magneti;
pistone arriva al PMS, dislocatore scatta al lato caldo, inizia raffreddamento, pistone inizia corsa di ritorno, comprime la molla che lo unisce al dislocatore, dislocatore boccato dai magneti;
pistone arriva in prossimità del PMI, e ... non ce la fa a sganciare il dislocatore dai magneti!!!

Perché non ce la fà?
Perché, non si può raffreddare il gas di lavoro fino alla temperatura di partenza, dato il rendimento >1 degli scambi di calore, questo vuol dire che,quando arriva verso il PMI, il pistone ormai è senza forza e non ce la fa a tenere la molla, che dovrebbe azionare il dislocatore, abbastanza compressa da vincere il blocco dato dai magneti.

Qiuindi bisogna trovare un modo per immagazzinare una quantità maggiore di energia, da impiegare nell' azionamento nel dislocatore, sottrendola alla energia raccolta dal pistone di potenza.

amir

Con questa modifica il motore aspira aria esterna fredda e la emette riscaldata.

Il sistema di regolazione delle quantità di aria pompata come proposto, cioè regolando la sezione di flusso, non è il massimo ma può essere regolato per un regime definito e delta-T circa costante.

Aggiunto uno scambiatore per pressurizzare tutto l' apparato.

Aggiunta camicia di raffreddamento e molla a gas

ciao, cencando in rete per vedere cosa applicare ad uno specchio parabolico ho trovato questo
How a Stirling Engine Works / Infinia Corporation

non so se già lo conosci, ma forse qualche spunto puoi trovarlo interessante.
saluti
Sparrow
P.S.
per il moderatore, se ritieni sia OT o se l'informazione è già presente nel sito (oramai mastodontico) cancella pure senza remore.

Ciao Amir, ho letto con interesse il tuo lavoro. Trovo l'idea interessante, anche se ovviamente tutta da sperimentare.
Non pensi che per rendere il pistone in grado di staccare il displacer dai magneti sia sufficiente dargli una massa e quindi inerzia opportuna? In realtà il problema lo avresti solo all'avviamento o al più alle basse velocità. Infatti essendo la forza magnetica fissa mentre l'inerzia del pistone viaggia con il quadrato della velocità direi che esisterà sempre un regime di giri limite oltre il quale il pistone sarà in grado di staccare il displacer (se preferisci l'italiano e da purista non ti piace dislocatore direi che spostatore potrebbe suonare bene).
Per risolvere il problema dell'avviamento direi che potresti utilizzare elettromagneti. Li ecciti solo dopo un certo regime.
Ancora più suggestiva, perchè di miglior rendimento, l'idea di utilizzare magneti permanenti con un avvolgimento intorno. All'avviamento con l'avvolgimento ne annulli l'attrazione. Quando togli corrente al solenoide il magnete ritorna a farsi sentire.
Che te ne pare?