Discussione: Stirling no- piston

Se avesse ancora un senso... costruire uno Stirling Alfa, dovrebbe essere fatto solo in questo modo.

Sempre doppi alfa, ovviamente !

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1265647314

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Non capisco perché non abbia più senso costruire uno stirling Alpha...
Comunque la configurazione da te proposta ha tanti svantaggi, forse più che vantaggi, il primo è che è molto complicato riscaldare (e raffreddare) omogeneamente una superficie così estesa, anche lo scambio termico risulterà poco efficiente dato che solo una parte di ogni cilindro risulterà calda (o fredda), il secondo problema è dato dalla non costante dilatazione nei cilindri, per effetto della diversa temperatura attorno i cilindri, un altro problema è dato dalla lubrificazione, complicata e poco uniforme, vedi i problemi ai motori stellari aeronautici.
Sicuramente ci saranno anche altri problemi

D

Originariamente inviata da DinoDF

Non capisco perché non abbia più senso costruire uno stirling Alpha...
Sicuramente ci saranno anche altri problemi

Sottintendevo che i pistoni fossero immersi in liquidi circolanti...

La vedo dura utilizzare in completa sicurezza dei liquidi a 5-600°C (come minimo) almeno per un hobbista, comunque il problema della lubrificazione persiste.
Bello comunque, ci avevo pensato pure io poi documentandomi sui problemi dei motori stellari ho lasciato perdere.

Ok, meglio lasciar perdere... non è roba da hobbisti.
Comunque il problema della lubrificazione persisterebbe anche se il motore fosse singolo, e qui ne abbiamo 16.
Però abbiamo un volano in meno e per 16 alfa abbiamo solo due cuscinetti sull'albero motore.
Ah, dimenticavo... le bielle vengono sostituite da un tubo flessibile (che regga ad escursioni di 35°) ancorate tutte e otto al rispettivo cuscinetto.
Motore stellare ? Galattico direi !!!!

Ciao a tutti. Personalmente non vedo grossi problemi nella lubrificazione. I motori stellari, alla fine della loro carriera, erano dei veri muli. Quelli americani, e parliamo di motori da caccia da combattimento, molto caricati in termini di cimento termomeccanico, avevano intervalli di manutenzione di 2000 ore. Per paragone il motore a 12 cilindri a V del Messersmhit 109 a cilindri invertiti, orgoglio tecnologico tedesco, doveva essere revisionato ogni 50 h. Il merlin dello spitfire era in mezzo. Ma gli stellari inglesi con distribuzione a fodero erano ancora più affidabili degli americani.
Questo per dire che il problema delle revisioni all'epoca erano più le valvole che il manovellismo. Le punterie idrauliche erano di la da venire e le valvole andavano registrate periodicamente pena la rottura catastrofica.
Per quanto riguarda i fluidi concordo con DinoDF, nessun fluido non pericoloso supera i 350° di temperatura di esercizio. Per andare oltre o si usa una miscela di sali fusi o si usa un metallo liquido. Ma non sono alla portata dell'obbista.
Però, e qui concordo con rampa, questo motore avrebbe rendimento meccanico molto alto. Due soli cuscinetti di banco per tutti i cilindri. Un unico grande cuscinetto di biella con una serie di piccoli cuscinetti per le bielle secondarie. Vibrazioni quasi zero, con le alterne che formano un vettore rotante equilibrabile con un unico contrappeso sull'albero motore.
Quando i cilindri sono molti non c'è nessuna altra configurazione che meccanicamente rende di più.
Questo, accoppiato al fatto che l'alfa ha un buon rendimento, potrebbe dare seguito ad un motore interessante anche con Tmax di 350°, alla portata dell'olio diatermico. Senza contare che magari si potrebbe pensare ad alettare per bene l'esterno del cilindro e a far percorrere ai gas caldi un percorso a zig zag. Il raffreddamento forzatamente ad acqua, perchè quello che da il rendimento è il tapporto tra Tmax e Tmin, e se la Tmax è bassa proporzionalmente è ancora più importante tenere al minimo la Tmin.

PS. Non potendo allineare molte bielle sullo stesso bottone di manovella la soluzione biella-madre e bielle-figlie si rivela l'unica alternativa praticabile.
Però questa soluzione introduce una asimmetria nel movimento dei cilindri collegati alle bielle-figlie che si trovano ad avere una traiettoria diversa dalle leggi del manovellismo classico, e perfino corse diverse tra loro. In pratica ogni cilindro ha una cilindrata diversa.
Questo, se in un motore a combustione interna pone solo problemi di rapporto di compressione, non gravi per il rendimento in quanto si trattava sempre di motori fortemente sovralimentati, in uno stirling introduce problemi gravi di volumi morti in quanto non spazzati dal pistone.
La cosa non è risolvibile se non con un ruotismo planetario che orienti sempre nello stesso verso la testa di biella. La soluzione è nota ed è stata usata in passato negli stellari. Uno solo in verità ma che funzionava benissimo, ma è stata poi abbandonata a favore della semplicità. Quando si parla di certe potenze, e per un aereonautico la concentrazione di potenza è tutto, la semplicità è l'unica via percorribile.

Ultima considerazione ma importante. Il doppio anello freddo caldo non è praticabile, non così vicini. Il trasporto parassita di calore inficierebbe troppo il rendimento.

E dopo aver incassato un placet e mezzo, con un po' più di coraggio invio uno schema (disegnato prima di quello del post #176) che mostra come si fa talvolta ad esagerare.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1265795353

Sulla necessità dell'isolamento totale non si transige, i vari anelli devono essere termicamente indipendenti e questo si può facilmente ottenere con diversi materiali coibentanti facilmente reperibili in commercio.

Rispondendo a Dino che obiettava sulla difficoltà di contenimento dei liquidi, mando un altro schema, ricordando che tali liquidi non sono in pressione e che basta un coperchio imbullonato sui bordi delle due pentole cave messe in orizzontale, per ottenere una buona tenuta.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1265795499


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Non so se sia un soluzione tecnicamente praticabile, ma pensavo di sostituire le bielle metalliche tradizionali con delle bielle composite in metallo ed elastomero, come indicato dallo schema.

Bisogna che le barrette di metallo, necessarie per avere una tenuta in spinta, siano immerse in un elastomero siliconico termo resistente assieme a delle fibre longitudinali che garantiscano una tenuta in trazione.

Cosi fatta la biella figlia si muoverebbe con una lieve curvatura, come indicato nel disegno dalla linea nera e non in modo rigido come sarebbe se si usassero le bielle tradizionali con cuscinetti.

Il vantaggio sarebbe quello di eliminare del tutto gli otto cuscinetti e di ottenere una maggiore stabilità del cuscinetto della biella madre, dato che si creerebbero delle tensioni elastiche opposte al bordo dello stesso che annullerebbero ogni instabilità rotatoria.

Più lungo sarà il segmento composito, minore è l'angolo di escursione. Nel disegno postato al 176 si calcola un'escursione di 17°. Ma con progettazione diversa si può arrivare ai 10-12°.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1265802616


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Le bielle flessibili non le vedo proprio. Non per la costruzione in compositi, sia chiaro. Honda ha mostrato al mondo bielle in composito penso 15 anni addietro, e un illustre luminare come Giacomo Augusto Pignone ha pubblicamente scritto nel suo libro sui motori come si fa a lavorare le fibre di carbonio a trazione su un pezzo che fondamentalmente lavora a compressione. Ma per il fatto che un oggetto fortemente allungato o è flessibile o lavora a compressione. Tutte e due le cose non le può fare.
L'unico altro esempio notevole di utilizzo di cuscinetti elastomerici che mi viene in mente sono quelli alla base delle pale dei rotori elicotteristici. Però li lavorano a trazione. La forza centrifuga dovuta alla rotazione delle pale li tiene tesi, ma la loro flessibilità permette di variare l'incidenza delle stesse per il comando ciclico e collettivo.

Originariamente inviata da Stranamore

Le bielle flessibili non le vedo proprio...

Non insisto, ma voglio ricordare che le forze in gioco per ogni biella in questo caso sono molto, molto inferiori di quelle dei MCI. Assolutamente non paragonabili.

Un compromesso utile potrebbe darlo una biella tutta metallica, lunga e rigida ma articolata con elastomero solo nelle due estremità.
Una lunghezza sufficiente consentirebbe un'escursione bassa.

TEcnicamente si. Ma il carico di flessione dell'eleastomero te lo ritroveresti come spinta laterale sul pistone, e pagheresti in attrito l'eliminazione dei cuscinetti.

Vero. Concordo.
Spinta laterale anomala sullo stelo e aumento di attrito.

Originariamente inviata da rampa

Rispondendo a Dino che obiettava sulla difficoltà di contenimento dei liquidi, mando un altro schema, ricordando che tali liquidi non sono in pressione e che basta un coperchio imbullonato sui bordi delle due pentole cave messe in orizzontale, per ottenere una buona tenuta.

Scusa ma non ho capito, io non dico che sia difficile contenere un liquido, dico che è pericoloso utilizzare un liquido ad alta temperatura (500-600°C); non è difficile spostare un liquido da una sorgente di calore ad un utilizzatore, è pericoloso, in caso di rottura della pompa o di un tubo avresti un liquido arroventato che scorre senza controllo, ricordo che alla Tissen per la rottura di un tubo si è verificata una catastrofe e lì erano in un ambiente professionale con figure professionali...

Sono felice che i problemi ai motori stellari siano risolvibili, perché questo mi porta a riesumare il mio progetto di motore stirling beta tre cilindri a stella

E' necessario che il liquido caldo non sia infiammabile.
L'olio diatermico, in caso di fuga non è completamente sicuro.
Farò qualche ricerca sui liquidi siliconici.

Mi pare di intuire che l'architettura dei motori stellari Stirling sia meno complessa per l'alfa che non per il beta e gamma, comunque sarei curioso di approfondire l'argomento.

PS: 3D interessante ?

La mia idea per un motore stellare stirlin gamma è di disporre i cilindri di potenza a stella mentre i cilindri con i dislocatori vanno posti affiancati sotto la stella.
Spero si sia capito come intendo altrimenti faccio uno schizzo.

Originariamente inviata da DinoDF

La mia idea per un motore stellare Stirling gamma è di disporre i cilindri di potenza a stella mentre i cilindri con i dislocatori vanno posti affiancati sotto la stella.
Spero si sia capito come intendo altrimenti faccio uno schizzo.

Penso che in entrambi i casi (alfa e gli altri) lo sviluppo sia in orizzontale.

Con l'alfa è più facile contenere le dimensioni orizzontali (leggi corsa del pistone), perchè non esiste nessun trasporto parassita di calore tra i due cilindri.

Negli altri se si vuole ridurre le dimensioni si deve ridurre la corsa del dislocatore con grave rischio di trasporto parassita sulle pareti laterali, che in tal caso bisognerebbe fossero fatte di materiale refrattario.
Anzi i cilindri andrebbero "scavati" dentro un anello di materiale refrattario a cui andrebbe applicata all'esterno la parte calda metallica (con tubetti, alettature ecc.) e all'interno la parte fredda con la meccanica di movimento, molto più facile da fare per le tenute che non sull'alfa. Una cosa composita quindi.
Altrimenti si raddrizzano i cilindri e si va sul piatto oscillante, ma è tutta un'altra cosa.

Nell'alfa a stella invece tutto è metallico e l'isolamento è molto più semplice, ma gli rimane sul groppone la meccanica del pistone caldo.

Sto provando a progettare la meccanica centrale dall'alfa a stella...'na miriade di pezzi... !!!

Credo che prima di passare alla progettazione dei singoli pezzi si debba valutare bene il progetto nella sua totalità, mi spiego è inutile passare a disegnare un albero a gomiti o le bielle, molto meglio prendere pezzi commerciali ed adattarli, almeno per i prototipi, questo abbatte i costi e migliora i risultati, cementare un albero o rettificare in tolleranza una sede non è un operazione alla portata di un hobbista senza esperienza e magari con machine utensili da supermercato... poi se tu hai a disposizione un intera officina meccanica di precisione tanto meglio!
Certamente che un alpha ha dei vantaggi, ma a mio parere ha anche un enorme svantaggio dato dall'alta differenza di temperatura richiesta tra cilindro caldo e freddo per il funzionamento ottimale.
Per quanto riguarda le dimensioni non vedo un problema irrisolvibile, in un altro thread si parla di un motore da 0.9x4.5m (circa 4metri quadri ) che a mio giudizio è assurdo per un motore da appena 2.5Kw elettrici! fosse da 25 capirei ma 2.5 non ha senso! penso che si possa stare tranquillamente entro il metro cubo, escluso il bruciatore ecc., per un motore da 5Kw elettrici, stimo questo perché l'St05 tedesco ha un pistone da 80mm di alesaggio per 75 di corsa ed il dislocatore da 96mm di alesaggio e produce 0.5Kw elettrici
Sono felice che ci sia nuovamente fermento in questa sezione del forum
Buona domenica
Dino

Originariamente inviata da DinoDF

Credo che prima di passare alla progettazione dei singoli pezzi si debba valutare bene il progetto nella sua totalità...
...
Sono felice che ci sia nuovamente fermento in questa sezione del forum
Buona domenica
Dino

Buona domenica altrettanto.

Hai ragione da vendere ! Ho sbagliato a scrivere "progettare", dovevo scrivere "disegnare". E i disegni mi servono per far vedere al commerciante cosa mi serve, se ce l'ha... e per spiegarmi meglio nel forum...
Concordo: Bisogna partire dall'albero motore, dalla sua corsa e su questo va costruito il resto. I cuscinetti per fortuna sono di quasi tutte le misure.

L'alfa mi intriga nella sua forma doppia, forse una novità. Comunque vedremo.

Originariamente inviata da rampa

L'obiezione dello sfasamento diverso (90° e 270°) me l'ero posta anch'io, ma poi l'ho scartata per una semplice considerazione. Il volano dello Stirling può girare sia in un verso che nell'altro e pertanto uno sfasamento di 90° che permette il corretto funzionamento con il volano che gira ad esempio in senso orario, diventa uno sfasamento di 270° con lo stesso volano che gira in senso antiorario.

Stranamore ha ragione quando dice che lo sfasamento è diverso (90° e 270°) però non ha visto una cosa: il pistone caldo del ciclo superiore è al punto morto superiore, mentre per il ciclo inferiore il pistone è al punto morto inferiore cioè 180° di differenza quindi lo sfasamento del ciclo inferiore è sempre di 90° perchè 270-180=90.
Io sono andato più avanti partendo da questa configurazione, per capire il concetto devi avere in testa la dinamica P-V di due cicli sfasati di 180°, se ti interessa dimmi che te ne pare.
Incredibile evoluzione dello Stirling tipo alfa
Ciao SE-POL.

Scrivevo questo:
"L'obiezione dello sfasamento diverso (90° e 270°) me l'ero posta anch'io, ma poi l'ho scartata per una semplice considerazione. Il volano dello Stirling può girare sia in un verso che nell'altro e pertanto uno sfasamento di 90° che permette il corretto funzionamento con il volano che gira ad esempio in senso orario, diventa uno sfasamento di 270° con lo stesso volano che gira in senso antiorario."
Sbagliavo completamente, ma poi mi sono corretto col post 167.

Nello Stirling alfa doppio ci sono due cicli alfa sfasati tra loro di mezzo giro, ma lo sfasamento dei due pistoni per ogni ciclo rimane uguale a 90°.
Un discorso è lo sfasamento dei due cicli tra loro e un altro discorso è lo sfasamento dei due pistoni per ogni ciclo.

Per il resto, leggerò con attenzione la discussione indicata. Ciao.

Hai ragione non avevo letto bene il post.
Per quell'idea che ho avuto, io sono partito dal principio che con l'alfa doppio basta che si muova un pistone perchè venga trascinato l'altro pistone, questo avviene con un movimento perfettamente lineare se non c'è differenza di temperatura e l'attrito è teoricamente nullo. Quindi ho pensato che un pistone non deve necessariamente essere collegato all'albero motore e ho cominciato a pensare a cosa succede se il pistone caldo è completamente libero e si immette calore nel cilindro caldo, il principio è che il pistone caldo è mosso o come dire comandato solo dalle pressioni che si generano nei due cicli (il grande vantaggio è che nella parte calda non abbiamo più bisogno di aste e guarnizioni). Ciao.

Affronto il problema da un punto di vista leggermente diverso da quello degli altri interlocutori di quella discussione.
Posto questo disegno per spiegarmi meglio.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1266235729

Abbiamo due alfa, A e B.
Nel disegno, alzando il pistone freddo, si abbassa quello caldo, ma per effetto del riscaldamento e dell'espansione del gas in A, il pistone caldo si abbassa di più di quanto si alza il pistone freddo. Nell'alfa A si compie un lavoro di espansione volumetrica.
Nell'alfa B avviene paro paro la contrazione fredda del gas, che non si oppone all'espansione dell'alfa A, anzi.
Fin qui tutto bene.
Ma se il lavoro speso per movimentare il pistone freddo non mi viene in qualche modo restituito "con gli interessi", non faccio altro che far muovere sù e giù il pistone caldo, di più senz'altro, ma inutilmente ...

Con questa configurazione cioè, noto solamente che il pistone caldo amplifica infruttuosamente in senso opposto il movimento del pistone freddo.
E' necessario che questa amplificazione di movimento venga in qualche modo raccolta.
Ci vuole un altro stelo sul pistone caldo. Sennò è come bastonare l'aria

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Posto un risultato grafico che rappresenta la base di ancoraggio delle bielle sullo snodo dell'albero motore.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1266247662


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