Discussione: Motori Esotermici a Doppio Effetto

La formula definitiva sarà:

Vliq = Vvap/(22,414*Tmax/273)*(Pm/Ps)*Pr

Vliq = Volume della camera liquido in mm3
Vvap = Volume della camera vapore in litri
Pm = Peso Molecolare del liquido
Ps = Peso specifico del liquido
Pr = Pressione di funzionamento della macchina
Tmax = temperatura massima di esercizio in kelvin

Il sottodimensionamento della camera del liquido in un ORC a pistoni, rende abbastanza sicuro il sistema, almeno in teoria.

Esiste sempre però la possibilità della presenza di eccesso di liquido: è quello che è presente nel tratto che unisce il pistone-pompa con la zona di riscaldamento. Il calore e la pressione possono tornare indietro e coinvolgere quantità sempre maggiori di liquido, con effetti potenzialmente disastrosi.

E' sufficiente posizionare una serie di 2 o più valvole unidirezionali che separino il tratto di trasporto del liquido e lo suddividano in altrettante zone.
Ognuna di queste zone può avere una valvola di sicurezza che sfoga nel radiatore freddo: sono le porte parafiamma...

Mando un foglio di calcolo per dimensionare un ORC volumetrico a pistoni, con i dati di alcuni liquidi.
Si possono variare i parametri dei liquidi inseriti ma si possono anche mettere dati e variabili di qualsiasi altra sostanza liquida volatile (v.ignoto) e si ottiene il dimensionamento della camera di quel liquido rispetto il volume del vapore.

Ho inserito tutto in un riquadro del file mandato nel post n° 49.
Spero che funzioni.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1273690606


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L'eretico contraddice o mette in dubbio un dogma e in termodinamica il teorema di Carnot è un dogma bello e buono.

Ora vien da pensare che questo dogma non sia vero o che almeno possa anche non applicarsi nel caso di motori a cambiamento di fase (ORC). Gli Orc infatti sono motori molto potenti e di solito sfruttano un salto termico ridicolo (da 80°C a 150°-200°C). Come è possibile ?

Il dubbio era venuto anche a me, almeno per un po' di tempo: il dubbio... eretico appunto!

Bisogna distinguere chiaramente tra rendimento e potenza.
Gli ORC rimangono motori a basso rendimento se sfruttano salti termici ridotti, proprio come dice il teorema di Carnot, ma poiché mettono in gioco una quantità enorme di calore nei cambiamenti di fase, sono in grado di erogare potenze molto elevate.
Per potenza in fisica si intende la quantità di lavoro erogata nell'unità di tempo.

Sono macchine da spazzatura calorica, purchè questa spazzatura sia tanta...

Le notevoli complicazioni impiantistiche di un impianto ORC con surriscaldamento, vengono letteralmente spazzate via dal semplice accorgimento di sottodimensionare l'erogazione del liquido dalla camera cosiddetta fredda, in una configurazione poi come quella postata al #44, che è alla portata di qualsiasi buon artigiano.
Questo sottodimensionamento è la maniera più semplice per rendere sicuro un impianto ORC quando si ha a disposizione tanto calore e a temperatura elevata.
Il vapore allora si surriscalda e un ORC diventa una macchina esotermica ad altissimo rendimento, secondo il ciclo di Hirn, tanto da farla in barba a qualsiasi Stirling o Brayton oltre che per potenza erogabile, anche per rendimento.
A parte il fatto che per me un ORC surriscaldato, concettualmente è una specie di Brayton-Ericcson in cui è coinvolto un cambiamento di fase. I due impianti differiscono solo per il fatto che la camera fredda del Brayton accoglie Gas in compressione fredda, mentre nell' ORC accoglie liquido condensato.

Che tipo di liquido scegliere ? Secondo me, potendo tranquillamente sottodimensionare l'erogazione del liquido che vaporizzerà, la scelta dovrebbe cadere sulla sostanza che condensa alla temperatura più prossima alla minima del ciclo. La cosa più ovvia del mondo.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1273772871


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Le cose non stanno proprio così rampa. Non puoi sottodimensionare la pompa. Limiteresti la potenza del motore (sempre proporzionale alla portata massica) e la pressione di vaporizzazione (e con questa anche il rendimento). E non è che l'impianto diventi più sicuro.
Il rendimento poi del ciclo Hirn semplice è basso. Molto più basso del Brayton e dello stirling. Il fatto che assomigli come forma al Carnot non lo salva. Perchè esistono le cosiddette "irreversibilità di secondo principio".
Esempio: invariabilmente, seppure il lavoro di compressione è basso, il riscaldamento del fluido dall T di condensazione a quella di vaporizzazione avviene con differenze di temperatura grandi e variabili. E tutto quel pezzo di ciclo quindi è bel lontano dall'assorbire calore a Tmax costante a cui è disponibile la sorgente. Quindi c'è una parte di ciclo che col Carnot non c'entra niente. Ecc.. Ecc..
Ci vorrebbe tutta la notte per elencare tutti i difetti del ciclo Hirn e non posso adesso.
Comunque ad alcuni di questi si cerca di mettere riparo proprio con le caratteristiche del fluido organico. Ma quello che li elimina tutti non si è ancora trovato.

Scrivevo:
"A parte il fatto che per me un ORC surriscaldato, concettualmente è una specie di Brayton-Ericcson in cui è coinvolto un cambiamento di fase. I due impianti differiscono solo per il fatto che la camera fredda del Brayton accoglie Gas in compressione fredda, mentre nell' ORC accoglie liquido condensato."
...ai vantaggi del Brayton che sfrutta un grande sbalzo termico, si unisce la grande quantità di calore coinvolta nel cambiamento di fase.

A quando un Super-Stirling con cambiamento di fase ?
Sarebbe il sogno di Spartano...

Originariamente inviata da rampa

Scrivevo:
"A parte il fatto che per me un ORC surriscaldato, concettualmente è una specie di Brayton-Ericcson in cui è coinvolto un cambiamento di fase. I due impianti differiscono solo per il fatto che la camera fredda del Brayton accoglie Gas in compressione fredda, mentre nell' ORC accoglie liquido condensato."
...ai vantaggi del Brayton che sfrutta un grande sbalzo termico, si unisce la grande quantità di calore coinvolta nel cambiamento di fase.

A quando un Super-Stirling con cambiamento di fase ?
Sarebbe il sogno di Spartano...

Arriva arriva , non da me naturalmente ma vedrai che arriva . Se poi ci si dedicasse con la stessa passione a cui a volte si dedicano cause perse in partenza faremmo anche prima .
Ciao . Spartano .

Originariamente inviata da spartano

Arriva arriva , non da me naturalmente ma vedrai che arriva . Se poi ci si dedicasse con la stessa passione a cui a volte si dedicano cause perse in partenza faremmo anche prima .
Ciao . Spartano .

Eh,eh ! Ci sto girando intorno come un avvoltoio... e da tempo.... ma mi trovo difronte un nemico duro da sconfiggere... la forza di gravità !
Buon WE !

Lo stirling bifase non è lo splendore che sembra. Il cambiamento di fase introduce gli stessi problemi degli impianti a ciclo hirn. Ossia abbassa il rendimento, oltre ad introdurre i problemi di separazione delle fasi e di scambio di calore. E in buona sostanza rende inefficace il rigeneratore per la differenza dei calori specifici tra i due flussi controcorrenti.
E poi non è che non ne siano esisititi. Non so se ve ne siete accorti ma vi ho postato nel topic "PRogetto Stirling sul forum" un esempio di motore stirling a cambiamento di fase. Il Tidal Regenerator Engine. Guardatevelo. Era stato progettato con i fondi governativi americani per funzionare da cuore artificiale. Rendimento massimo intorno a 10% nonostante il funzionamento a radioisotopi come fonte di calore a temperatura relativamente alta.

Ok ,a questo punto mi sembra evidente che non c'è storia . Mi sembra sia chiaro che il ciclo stirling vada eliminato immediatamente e con esso anche tutti quelli che ci stanno provando !!! Per quanto riguarda il Tidal possono leggersi i particolari solo quelli che sono sufficentemente informati quindi stai barando . Mi sembra altrettanto chiaro che a te non interessa lo sviluppo del motore stirling ma piuttosto il contrario , ( leggere i post ! ) stai denigrando e remando contro . Indubbiamente avrai i tuoi motivi così come io ho i miei x segnalarti alla Moderazione . Non stai facendo niente per portare qualcosa di positivo , solo chiacchere e teorie mal costruite con tendenze discutibilissime .
Ciao . Spartano .

niente di personale ma questo è interessante : La galleria di Francamente - Suoni, voci, musica/Alberto Sordi - Te c’hanno mai mandato a quer paese
YouTube - Alberto Sordi - Te channo mai mannato a quel paese
Ciao . Spartano .

Ciao Sparti. Non capisco perchè te la prendi tanto. Se per te portare qualche cosa di costruttivo significa non correggere gli errori o non segnalare le sviste allora è meglio che non si scrive.
Il Tidal è un caso conosciuto. Tanto che è stato trattato anche da Walker. E per chi non fosse tanto informato ho postato io il brevetto originario scaricato dalla banca dati mondiale dei brevetti. Se questo è barare dimmi tu cosa è invece portare argomenti seri.......
Peraltro a mia conoscenza è l'unico bifase che sia arrivato a girare. E se pur girava, sappi che nella seconda versione, per aumentarne il basso rendimento, è stato addirittura trasformato in ciclo composito con due circuiti separti in cui evoluivano due fluidi diversi tutti e due bifase.
Siccome non sempre la memoria mi assiste, Walker alla mano, vi do il numero preciso: Rendimento vicino al 10%, 3,6 W (leggi watt) con una Tmax di 382 °C. E questo era il motore a circuito doppio (Walker pag 418).
Quello a circuito singolo rendeva prevedibilmente meno.
Ovvio che le previsioni teoriche erano migliori, 15% per il singolo e 20% per il doppio circuito a due fluidi (Walker pag 416 e 417).
Ma anche così si evince facilmente che il rendimento max è ben inferiore a quelli massimi possibili con lo stirling normale a pari temperature massime.
Ma allora perchè farlo? Quale era il vantaggio atteso? C'era un vantaggio?
Ovvio che si. Il vantaggio è la concentrazione di potenza. Avvicinando lo stirling al motore a vapore se ne pardono parte dei vantaggi di rendimento, ma si prendono parte dei vantaggi di quest'ultimo: facilità di funzionamento alle basse temperature, relativa insensibilità alle perdite organiche della macchina dovuta alla concentrazione di potenza che rende sempre superiore la potenza resa ai prevedibili attriti.
Non è colpa mia se la termodinamica da queste parti sia una cosa presa spesso come una opinione. Non lo è, sono numeri, e come tali, anche se difficile da accettare, sono veritieri.
Forse non lo sai ma uno degli sport più diffusi tra gli inventori è la violazione del secondo principio (quelli che violano anche il primo, la conservazione dell'energia, non li considero neanche). Ma il secondo principio è ancora li mentre le milioni di invenzioni che lo violano stanno tra le carte vecchie e si sono tradotte solamente in alberi abbattuti per fare la carta che è servita a presentare la domanda di brevetto.

PS: per quanto riguarda le teorie mal costruite e discutibilissime ti sfido a metterti tu e tutti i moderatori messi assieme a confutarle dati alla mano.
Perchè se c'è una cosa su cui puoi stare sicuro è che io non baro mai. E quando affermo una cosa è perchè posso sostenerla. Quindi non temo nessun confronto serio.

Altra considerazione questa volta personale.
Scomodare la buonanima di sordi non è che sia di gran gusto. Pur essendo un io suo fan non è che lui fosse un luminare della termodinamica.
Se i tuoi argomenti per confutare le mie affermazioni sono questi hai perso in partenza.
Invece di fare le crociate, come i sostenitori di Tesla, cerca di capire cosa c'è scritto sui libri.
Magari scopri che invece di remare contro io non faccio altro che mettere a fattor comune la mia conoscenza di termodinamica per dare indicazioni a chi ne sa meno di me. Come i milioni di post in cui si ripropongono sempre le stesse cose dimostrano è normale che chi prova a ragionare incappi in qualche cosa che qualcun altro ha già inventato prima. Come ho già scritto è capitato anche a me di aver lavorato anni a qualche cosa che credevo unica per poi scoprire che era arte nota o perlomeno già brevettata.
E ritengo utile segnalare a queste persone i risultati storici, anche se spesso negativi, sull'argomento.
Se tu o qualcun altro lo ritenete un remare contro rispetto l'opinione, ma continuerò a farlo.

http://www.energeticambiente.it/atta...us3984982a.pdf

Finalmente sono riuscito a trovarlo, adesso proverò a capirlo, ma non è detto che ci riesca...

Ci sono almeno tre buoni motivi per cui la macchina di Stirling non va troppo d'accordo con il cambiamento di fase:
1 - L'insufficienza degli scambi calorici
2 - L'impossibilità di gestire una rigenerazione efficiente
3 - L'esaltazione dell'adiabaticità interna

Gli scambi.
La quantità di calore sottratta alla parte calda da un'evaporazione è semplicemente enorme e quindi, a meno di non avere una parete calda altrettanto enorme, ci sarà sempre una mediazione, in basso, tra la T della parete calda e la T del liquido che vaporizza.
Ora, secondo la formula di Carnot è la Tmax del mezzo di lavoro che entra in gioco nel calcolo dell'efficienza, non la T max a disposizione della parete calda.
Inevitabilmente quindi l'evaporazione abbassa la Tmax del mezzo di lavoro e con questa anche l'efficienza della macchina. Uno Stirling a gas è quindi più efficiente anche solo per il fatto che la Tmax del suo gas rimane molto più alta: sarà più efficiente, anche se meno potente.

Il rigeneratore.
Il rigeneratore prevede normalmente un flusso di gas caldo che va nella parte fredda e viceversa. Col vapore questo è impossibile visto che il volume del vapore è nel caso più favorevole di liquidi speciali, almeno 100 volte il volume del condensato. Nessun dislocatore riuscirebbe a spostare il condensato nel senso inverso a quello del vapore. C'è la necessità di una "pompa" a parte per il condensato. In tal caso però il rigeneratore avrebbe un flusso di vapore unidirezionale e non pendolare come dovrebbe essere.

L'adiabaticità interna.
La tensione di vapore in un contenitore è quello della temperatura della sua parete più fredda.
Ora, come tutti sappiamo, la camera di Stirling ha due pareti di cui una è molto fredda.
E' inevitabile che durante la fase calda, ci sia una condensazione addirittura tumultuosa nella sua parte fredda con Bypass termico e perdite parassite, il tutto favorito dall'aumento di pressione del sistema (adiabaticità interna).
E a questo non si pone rimedio.

Tutto giusto caro Rampa. Sfortunatamente per noi. Comunque il vantaggio della concentrazione di potenza anche a basse temperature rimane. Era uno dei motivi per la sua scelta come cuore artificiale. Lo spazio nel petto del pasiente è limitato e la potenza richiesta altina.
Comunque al programma erano stati presentati anche diversi altri tipi di motore a circuito chiuso, tra cui uno Stirling cinematico a guida rombica, ed un Ericsson del tipo Bush.
Il Tidal, in cui è facile riconoscere una Stirling del tipo Martini altrimenti detto "Amplificatore di Energia", era però l'unico regolabile dell'esterno in maniera precisa.
L'Ericsson aveva bisogno di un sistema di accumulo intermedio per poter regolare l'outpt, mentre il cinematico doveva variare la sua pressurizzazione.

E' il limite principale dello Stirling a vapore.

Nel tidal viene in parte risolto, poco efficacemente a mio parere, "nascondendo" per così dire la parte fredda col sollevamento del liquido, ma pagando un prezzo altissimo di scambi impropri e di perdite parassite nella fase successiva.
Sto continuando a leggerlo, per capirlo meglio, per cui per ora non esprimo giudizio in merito.

Una soluzione diversa potrebbe essere quella di far chiudere la parete fredda dal dislocatore, separando di fatto le due zone termiche nella fase di espansione del vapore. Ho una mezza proposta a dire il vero...

Ho cercato di ri-animare questo motore esotermico a doppio effetto che vorrei chiamare "oscillatore termo meccanico SP".

L'animazione lo mostra plausibilmente funzionante.

Per fruire dell'animazione si deve:
1 - Avviare il File col programma OpenOffice.org Impress
2 - Andare su Presentazione
3 - Cliccare su Impostazioni presentazione
4 - Azzerare Tipo Automatico
5 - Premere F5

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1281379016

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Vediamo se si riesce a trasmettere l'animazione...

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1281430341


Pare di sì...

Possiamo proporre un'applicazione solare molto semplice per questo Stirling Alfa doppio effetto free piston.
Trattasi di membrane siliconiche elastiche che resistono a 250°, facilmente reperibili in commercio.
Da notare che essendo ermetico, può essere pressurizzato a volontà.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1281520573


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Le membrane delle due camere calda e fredda, devono entrare in risonanza meccanica tra di loro in modo da provocare un'oscillazione forzata.

Oscillazione forzata sistema meccanico - Wikipedia

L'eccesso di oscillazione prodotto dalla sintonia di frequenza, potrà essere raccolto da una dinamo lineare, idonea a provocare a sua volta lo smorzamento del moto armonico.

Lo sfasamento a 90° delle due membrane viene prodotto automaticamente per una legge naturale.

L'accordo del movimento delle due membrane si ottiene al nostro livello solo sperimentalmente, e dipende nel nostro caso da tre fattori:
1 - Coefficiente di elasticità delle membrane
2 - Temperatura che agisce sul coefficiente di elasticità
3 - Massa di spostamento

Qualcuno ha fatto dei calcoli:
Oscillatore smorzato - Runge-Kutta - IV ordine

Noi possiamo procedere un po' come fa un accordatore di pianoforte, agendo però sulla sola membrana calda:
1 - riscaldandola fino a temperatura di regime
2 - aggiungendo massa fino ad accordarla con quella fredda che resta il punto di riferimento...

La sintonia può essere raggiunta misurandola con un oscilloscopio...

Volevo illustrare graficamente le basi teoriche del funzionamento dell' "oscillatore termo meccanico", senza quindi usare formule matematiche e quant'altro di complicato, ma solo immagini animate.

Ripeto, non c'è niente di nuovo, si tratta pur sempre di uno Stirling Alfa Free Piston Doppio effetto.
La piccola novità, forse, consiste nell'approccio alle leggi fisiche dei moti oscillatori forzati e smorzati, moti che ben si addicono ad un motore come quello di Stirling, che è per natura un motore oscillante.

Un'altra piccola curiosità teorica consiste nell'enunciare che nessun motore Stirling con dislocatore a doppio effetto può essere implementato come free piston se non appunto l'alfa, nella versione da me proposta; quindi non c'è modo di vedere un Beta o un Gamma doppio effetto in versione free piston.
Al contrario negli Stirling a dislocatore singolo, la versione free piston è comunemente proposta nel Beta e nel Gamma, ma non è possibile farla nell'Alfa.

E veniamo all'argomento: per avere un oscillatore meccanico basta avere una massa ed una molla.
Nel nostro caso lo facciamo con un cilindro, un pistone e due molle come indicato nel disegno.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1281775223

Se avessimo molle ideali, nessun attrito e nessuna turbolenza, il movimento andrebbe avanti all'infinito, senza conoscere mai sosta.


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avremo questo movimento circa...

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1281776802

Se affianchiamo un altro oscillatore uguale otterremo questo:

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1281776873

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Se invece aggiungiamo un rigeneratore che scalda il gas che passa da destra a sinistra e lo raffredda viceversa, avremo un aumento di pressione sul pistone di sx che a sua volta si ripercuoterà su quello di destra e otterremo un'oscillazione forzata.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1281778789


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