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**rampa** · 20-09-2010, 18:10

Braytonstorming...

Sempre rimanendo nel doppio effetto, posto l'animazione di un possibile Brayton con movimentazione delle valvole...
Vediamo se si riesce a stimolare la discussione oltre lo Stirling e la curiosit� di qualcuno...

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1285002088

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**lino49** · 20-09-2010, 18:57

Originariamente inviato da rampa Visualizza il messaggio

La dinamica dell'alfa da te proposto, � quella tipica di un motore singolo e pertanto il ciclo presenta una fase attiva di 1/2 giro e un'altra lievemente passiva di altro 1/2 giro.
Se invece li fai girare sfasati a 180� ottieni un giro sempre attivo.

Non esiste proprio lo spazio fisico per realizzare quanto proposto,sopratutto nella zona calda di pirolisi.
Mi riferisco agli scambiatori che dovrebbero diventare 2 per i cilindri caldi.

**Stranamore** · 21-09-2010, 19:47

LA superficie degli scambiatori non cambia con la configurazione "big bang" o normale. Essa dipende in maniera diretta e biunivoca dalla potenza richiesta al motore. Tutti gli altri fattori sono un invariante ai fini delle dimensioni.
Mi spiego. Se devo scambiare 10 Kw termici, perch� il motore deve darmi 2 Kw elettrici (rendimento plausibile del 20%), che io li scambi con una serpentina ad una sola entrata ed uscita lunga x, o con una serpentina a due entrate e due uscite indipendenti, ognuna lunga x/2, la dimensione non cambia. Non cambia per� neanche la potenza erogata ne gli attriti del motore. Quello che cambia sar� la regolarit� di marcia, che nel caso di movimento unisono dei pistoni, richieder� un volano maggiorato.

Capisco il discorso di rampa: ma se facessi un solo motore con cilindrata doppia.... ma vale fino da un certo punto. Vale per i segmenti, ma le sollecitazioni superiori richiederanno cuscinetti pi� grandi e massicci. Insomma non � banale l'influenza della cilindrata unitaria sulle perdite meccaniche. Rimane � vero l'influenza netta sulle perdite di calore. Ma a questo si pu� sempre rimediare con l'isolamento a cappotto della parte calda.

**Stranamore** · 21-09-2010, 19:51

Per il tuo Braytonstorming:
Mi risultano due anomalie: non vedo le valvole automatiche di entrata ed uscita sui cilindri freddi.
Non mi sembra corretta la fasatura di aspirazione e scarico dei cilindri caldi.
Corretto il meccanismo a prima vista. Ma l'aspirazione deve avvenire a cavallo del PMS, mentre lo scarico deve restare aperto dal PMI al PMS.
Questo trascurando eventuali anticipi e ritardi per ottenere le necessarie aree di efflusso in tempo.

**rampa** · 23-09-2010, 12:07

Per il tuo Braytonstorming....

Sto ancora riflettendo su quanto scritto da STRANAMORE, cio� sui tempi e modi di apertura delle valvole calde.
La sfida � vedere se con opportune sfasatura e forma di valvole sia possibile comandare il tutto con un movimento unico.
Per questo ho rifatto un foglio di calcolo che mi consenta di introdurre nell'immagine qualsiasi tipo di sfasatura, e non solo il 1/2 o 1/4 di giro.

Sono d'accordo che la valvola calda di scarico debba aprirsi dal PMI al PMS.
Non lo sono invece sul fatto che quella calda di aspirazione debba aprirsi a cavallo del PMS, e per vari motivi:
1 - � inutile se non dannoso che si apra prima dell'inizio dell'inversione di moto del pistone.
2 - se si chiude troppo presto, la quantit� di gas che entra in camera pu� essere veramente troppo piccola.

E' necessario invece che la valvola calda di aspirazione non rimanga aperta fino al PMI, pena lo scarico in perdita di quantit� di pressione ancora elevata, a meno che non si colleghi in serie un altro Brayton che sfrutti la P residua.

A presto per le immagini...

**rampa** · 23-09-2010, 14:12

Quindi...

penso che la valvola calda di aspirazione debba aprirsi al PMS e chiudersi a met� circa, se non prima, dell'escursione del pistone, ma dipende dal DeltaP ...

**rampa** · 24-09-2010, 14:36

Ad occhio...

La migliore sfasatura dovrebbe essere di 6/16, cio� a 135�... Un po' lontana dalla classica a 4/16 cio� a 90�...
Ho ridotto anche la luce della valvola di aspirazione e aumentato la luce di quella di scarico.
In fase di costruzione si dovrebbe prevedere la possibilit� di variare successivamente la sfasatura.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1285335271

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1285335271

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**Stranamore** · 24-09-2010, 18:26

Allora vediamo. Innanzitutto dividiamo i motori in due categorie: quelli con spazio morto nel cilindro espansore e quelli senza. Trascurando il volume morto naturale che io definisco tecnologico, quello tra il cielo del pistone e la testa che nei motori di serie industriali la cui distanza minima difficilmente scende sotto il mm. E' una questione di tolleranze di lavorazione e di deformazione dei materiali sotto sforzo. Se scendo sotto una certa distanza avr� che un certo numero di motori, statisticamente parlando, avranno il pistone che sbatter� sotto carico. Non � che questo lasci molto margine, qualunque nostra realizzazione artigianale sar� messa peggio dei motori di serie.
Comunque trascuriamo questo volume morto inevitabile e dividiamo i motori in due categorie: quelli che hanno solo questo, e quelli che ne hanno significativamente di pi�.
I primi doranno per forza respirare durante una parte della corsa di espansione, mentre i secondi dovranno riempire il volume morto prima che il pistone inizi la discesa, che sar� tutta di espansione.
LE due fasature saranno necessariamente diverse.
Il primo tipo aprir� la valvola di aspirazione in anticipo quel tanto che basta ad avere la valvola tutta aperta quando il pistone inizia la discesa e chiuder� ad una frazione di corsa (il pi� velocemente possibile....) proporzionale al rapporto di espansione necessario a portare il fluido a pressione poco superiore all'atmosferica.
Il secondo tipo aprir� per un arco angolare a cavallo del PMS, in modo da avere il volume morto pieno ed in pressione prima che il pistone acquisti velocit� di discesa. I due tratti, prima e dopo il PMS, termodinamicamente si elidono. Il motore si comporta come se avesse un volume morto grande come il volume che resta al momento dell'apertura della valvola.

**Stranamore** · 24-09-2010, 18:36

Ovviamente questi sono i due casi estremi. In mezzo ci sono tutte le possibili combinazioni tra le due modalit�.
Ma quale delle due � migliore? Impossibile dirlo a priori. Dipender� caso per caso, Infatti un conto � il discorso su un piano ideale, un conto � il caso reale. Mentre la modalit� senza spazio morto sembra l'ideale, nel mondo reale deve fare i conti con la velocit� che acquista il pistone durante la sua corsa e con il tempo fisico non nullo necessario alla valvola di aspirazione per chiudersi. Se vado a chiudere quando il pistone � vicino alla met� corsa, quindi alla sua massima velocit�, durante il tempo di chiusura della valvola (pi� lungo di quanto si potrebbe immaginare per motivi meccanici) s iverificano laminazioni dissipative del fluido che continua ad entrare mentre la valvola si chiude.
La scelta finale dipender� dalle pressioni, ma anche dalla velocit� operativa del motore. Solo un calcolo simulativo con un software adeguato potr� dire in anticipo il rendimento del motore in funzione della fasatura.
Diversamente si dovr� sperimentare.

**rampa** · 26-09-2010, 09:59

Potenza e Rendimento

Ok ! Tutto logico quello che scrive Stranamore, salvo il fatto che non capisco il razionale per cui si costruisca un Brayton con tanto volume residuo al PMS.
A proposito dovrebbe essere evitato a mio parere il termine spazio o volume morto, ma basta capirci...

Inizio invece un altro discorso.

A parit� di condizioni e potendo agire solo su valvole e sfasatura, un Brayton eroga il massimo della sua potenza quando la valvola calda di aspirazione rimane aperta per tutto o quasi il tempo dell'espansione della camera.
In tal caso per� il rendimento cala drammaticamente perch� viene espulso gas ancora in pressione notevole.
Diminuendo la quantit� di gas caldo che viene immesso nella camera, tramite la chiusura anticipata della valvola calda di aspirazione, cala la potenza erogata ma aumenta il rendimento.
Potenza e rendimento hanno quindi andamento inverso, sono cio� rappresentate in un grafico da due linee che si incrociano.

Inoltre, volendo tenere aperta al massimo possibile la valvola calda di immissione, la potenza per ciclo sar� tanto maggiore quanto pi� grande � il volume del radiatore caldo rispetto la camera di espansione. In tal caso l'efficienza della macchina migliora con un radiatore piccolo, oppure, pur avendo lo stesso radiatore, con l'immissione di una quantit� minore di gas nel cilindro, limitando l'afflusso del gas caldo nel cilindro.
Interessante in tal caso la soluzione che prevede una precamera a volume ridotto posizionata tra radiatore e valvola calda, precamera che si scarica di botto all'apertura della valvola calda e si ricarica pi� lentamente mediante una strozzatura dal radiatore durante la fase di espulsione.

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1285491435

Il succo del discorso insomma � che l'efficienza aumenta se si lascia espandere al massimo possibile il gas caldo.

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**DinoDF** · 26-09-2010, 11:11

Originariamente inviato da rampa Visualizza il messaggio

Ok ! Tutto logico quello che scrive Stranamore, salvo il fatto che non capisco il razionale per cui si costruisca un Brayton con tanto volume residuo al PMS.

Mi sfugge qualcosa, dove hai visto motori Brayton con tanto volume residuo?
Stranamore ha chiaramente precisato il motivo per cui nei motori di serie si limita la corsa del pistone ad una misura inferiore della lunghezza del cilindro, questo serve per evitare che il pistone sbatta contro la testa, le tolleranze di lavorazione sommate alla deformazione dei materiali possono produrre disastri

Originariamente inviato da rampa

A parit� di condizioni e potendo agire solo su valvole e sfasatura, un Brayton eroga il massimo della sua potenza quando la valvola calda di aspirazione rimane aperta per tutto o quasi il tempo dell'espansione della camera.
In tal caso per� il rendimento cala drammaticamente perch� viene espulso gas ancora in pressione notevole.
Diminuendo la quantit� di gas caldo che viene immesso nella camera, tramite la chiusura anticipata della valvola calda di aspirazione, cala la potenza erogata ma aumenta il rendimento.
Potenza e rendimento hanno quindi andamento inverso, sono cio� rappresentate in un grafico da due linee che si incrociano.

Qui non sono del tutto d'accordo, regolare il motore in maniera tale che la valvola di immissione del gas sotto pressione rimanga aperta per tutta la corsa del pistone fa s� che il gas all'interno del cilindro sia a pressione maggiore dell'atmosfera al PMI, questo fa inevitabilmente aumentare ulteriormente la pressione nel cilindro per un certo angolo dopo il PMI, perch� l'apertura della valvola di scarico non � immediata, ma ha una rampa, questo fa assorbire energia dal volano con perdita conseguente di energia sfruttabile, la fasatura va regolata in maniera tale che la valvola di immissione sia chiusa prima del PMI e che la valvola di scarico sia aperta al PMI, questo fa diminuire il rendimento, � inevitabile, ma si pu� diminuire la perdita recuperando parte del calore restante mediante uno scambiatore che riscaldi l'aria immessa nella serpentina o mediante un rigeneratore a seconda del tipo di motore.

**Stranamore** · 26-09-2010, 11:48

LA regolazione della potenza in un Brayton normalmente si f� per regolazione delal temperatura massima, anche se non � il sistema migliore dal punto di vista del rendimento.
In realt� la percentuale di corsa per cui la valvola di ammissione rimane aperta � univocamente determinata dal rapporto di espansione necessario a portare il fluido a pressione atmosferica (se ciclo aperto). Questo rapporto a sua volta � univocamente legato alla Pmax scelta per il ciclo, ma anche alla Tmax, che ovviamente impatta sul volume specifico del fluido.
Da questo punto di vista voglio precisare che termodinamicamente � ininfluente se il rapporto di espansione necessario sia ottenuto riempiendo un volume non spazzato sopra il pistone o invece lavorando sulla fasatura della valvola.

**rampa** · 26-09-2010, 11:52

Altra soluzione

Chiedo a Dino solo un po' di pazienza, perch� il mio ragionamento non � terminato dato che stavo ancora scrivendo quanto sotto...

Sono queste tutte riflessioni che faccio nel tentativo di ipotizzare un Brayton con rendimento e potenza ottimali, che preveda per� un movimento unico delle due valvole calde, cio� una valvola multipla unica, quindi pi� semplice delle classiche due valvole calde che hanno tempi di movimentazione diversi.

Continuiamo nell'ipotesi di tenere aperta al massimo la valvola calda di immissione, rendendola quindi sfasata di 1/2 giro con la calda di espulsione, ipotesi che semplifica il movimento e permette la costruzione di una valvola multipla unica nella costruzione e nel funzionamento.

In tal caso sappiamo che a fronte di una potenza massima erogata, il rendimento cala, perch� resta una grossa quantit� di pressione residua al PMI. Possiamo per� collegare in serie un secondo Brayton a volume maggiore che sfrutti la pressione rimanente.
In pratica il primo Brayton andrebbe a sostituire la precamera accennata nel post precedente e fungerebbe da limitatore di volume caldo, erogando per di pi� un suo lavoro non indifferente.
Ora, un collegamento in serie di due o pi� Brayton non � certo una novit�, la novit� sta nel sapere che le loro valvole di immissione calde possono stare aperte al massimo, cio� dal PMS al PMI perch�, gi� tanto, le pressioni perse dalle camere precedenti vengono recuperate dalle camere successive.

La domanda fondamentale invece � un'altra: la valvola interposta tra i due Brayton collegati in serie, pu� essere costruita unica e quindi dotata di un movimento unico ? Perch� altrimenti, nel tentativo di semplificare le valvole di un Brayton singolo, ne aggiungiamo un altro che avrebbe a sua volta le sue valvole diverse, cio� si esce da una complicazione aggiungendone un'altra...

Mando uno schema che semplifica il concetto:

http://www.energeticambiente.it/atta...1&d=1285498221

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**Stranamore** · 26-09-2010, 11:53

PEronalmente sceglierei il volume (che non � morto come giustamente dice rampa, ma funzionale) per un motore veloce, e la fasatura della valvola per un motore lento.
Questo perch� con i tempi piuttosto lunghi di chiusura della valvola, quand oil pistone ha velocit�, si verificano laminazioni dissipative importanti nell'aria entrante. Infatti in pratica, con quest'ultima soluzione, la pressione massima nel cilindro non si raggiunge mai. Infatti mentre la valvola deve chiudere gradualmente il pistone espande il volume pi� velocemente di quanto la stessa possa riempirlo.

**Stranamore** · 26-09-2010, 12:00

Storicamente parlando, il famoso motore di Ericsson dell'omonimo vascello lavorava sulla fasatura. La valvola di ammissione stava aperta fino ai due terzi della corsa. MA la sua pressione massima era di 1,5 bar e la sua velocit� ridicola, visto che faceva 50 giri/min.
Infatti il suo ciclo era molto vicino all'ideale, e la sua espansione praticamente isoterma. Cos� anche la sua compressione. Ma non era pratico. Infatti la sua potenza specifica ed assoluta era troppo bassa, ed il relativo battello sottomotorizzato. Una nave che arebbe dovuto filare 11 nodi, e con l'originario motore a vapore li faceva, ne filava 7. Alla fine per riguadagnare velocit� commerciale smantellarono il motore Ericsson, che per� consumava la met� del motore a vapore, e rimontarono gli originali motori a vapore.
Ingloriosa fine del pi� grande motore a pistoni mai costruito (4 metri dei alessaggio per 3 metri di corsa), ma in compenso la nae stessa affond� poco tempo dopo.

**rampa** · 26-09-2010, 12:04

La valvola unica,

multipla, a cassetto, con movimento singolo, interposta tra i due Brayton, questo � l'obiettivo...

Buona domenica !

**Stranamore** · 26-09-2010, 12:05

Il mistero dell'AVATAR

Per la valvola a movimento unico guardate questo link:

Tout savoir sur les moteurs � air chaud

E cos� viene svelato anche il mistero di cosa � l'immagine che ho nell'avatar. E' proprio una rappresentazione del motore di Ericsson.

**DinoDF** · 26-09-2010, 15:44

Non credo che collegare in serie pi� motori sia la soluzione... oltre ad aumentare i problemi di realizzazione e manutenzione aumenta l'attrito "totale" degli organi in movimento con tutti i problemi che ne derivano.
� possibile realizzare comunque un' unica valvola a tre vie per comandare l'immissione ed espulsione del gas anche se queste non devono restare aperte per 180�, basta realizzare una camma adatta alla fasatura richiesta. Se volete faccio uno schizzo, ma mi sembra talmente banale che non ne vale nemmeno la pena.

**DinoDF** · 26-09-2010, 16:03

Vorrei chiedere a Stranamore, a cui dovrei dare del voi, non solo del lei per l'enorme conoscenza dell'argomento, qual'� secondo il suo parere il rapporto ottimale tra alesaggio e corsa dei pistoni, considerando un regime di rotazione non elevato, ad esempio 1500 giri/min cos� da poter accoppiare il motore a combustione esterna direttamente ad un motore elettrico commerciale.

**rampa** · 26-09-2010, 16:10

Originariamente inviato da DinoDF Visualizza il messaggio

... Se volete faccio uno schizzo, ma mi sembra talmente banale che non ne vale nemmeno la pena...

Niente � banale, schizza schizza...

**rampa** · 26-09-2010, 16:50

Originariamente inviato da DinoDF Visualizza il messaggio

...Se volete...

Per favore... non mi dare del voi...

**DinoDF** · 26-09-2010, 17:24

Valvola a tre vie

In bianco ho schematizzato la carcassa, con le X lo stantuffo che apre una o l'altra luce, la sezione conviene sia circolare per una questione di tenute.
Nella posizione centrale entrambe le luci sono chiuse, nella posizione a Sx � aperta solo la luce di immissione e a Dx solo la luce di scarico.

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**Stranamore** · 26-09-2010, 17:36

Nel mondo degli MCI il rapporto corsa/alesaggio ha molteplici impatti. Meccanico ma anche termodinamico.
Quello meccanico � dovuto al fatto che, a pari cilindrata unitaria e regime di rotazione, il diminuire della corsa abbassa la velocit� media dello stantuffo e con essa le perdite meccaniche, quelle dirette (pensate all'attrito dei segmenti) e quelle indirette (scendono anche le forze di inierzia, quadratiche con la velocit�, che caricano i cuscinetti al pari e spesso pi� che le forze di pressione).
Dal punto di vista termodinamico il rapporto C/Al definisce il fattore di forma della camera di combustione che impatta in maniera diretta con le perdite di calore attorno al PMS, quelle fondamentali per il rendimento, e con il percorso di fiamma, parametro importantissimo. Le influenze indirette sono poi cos� tante che non basterebbe un capitolo per spiegarle, ma ne cito una per tutte: con l'abbassarsi del rapporto la superficie della testata cresce e con essa la possibilit� di mettere valvole, soprattutto di aspirazione, sempre pi� grandi.
Oggigiorno i motori di serie si sono in linea di massima stabilizzati sul rapporto quadro, che � un buon compromesso, con una tendenza futura verso i corsa corta che sono meno potenti ma consumano meno.

**Stranamore** · 26-09-2010, 17:41

Nel campo dei motori Stirling invece la sua influenza � ancora pi� complessa.
Dipendendo infatti dal fatto che il motore scambia attraverso la sua testata o attraverso uno scambiatore esterno la scelta sar� diversa.
Qui non ci sono esigenze "respiratorie", ma le esigenze di basse perdite meccaniche ci sono tutte.
Non credo di sbagliarmi di molto comunque nel dire che i motori "seri" girano tutti intorno ad un rapporto Corsa/Alesaggio di 0,4. Anche per quei motori che hanno scambiatori esterni.

**Stranamore** · 26-09-2010, 17:44

In un brayton, sempre con scambiatori esterni di volume grande a piacere, la scelta � abbastanza libera. Qui ci sono per� le esigenze di "respirazione", quindi personalmente priviligerei una configurazione superquadra.

**Stranamore** · 26-09-2010, 17:53

Per la valvola di DinoDF direi che � tutto a posto. LEgge del moto e sequenza sono corrette.
Unico limite del concetto, utilizzato anche da Ericsson e da altri agli albori degli MCE, � che il movimento della valvola, forzatamente vincolata a fare una corsa completa nello stesso tempo di un giro motore, non consente aperture rapide delle luci, imponendo al motore di girare "basso" pena cadute di rendimento drammatiche causa laminazioni e strozzature.
Il pregio di una valvola a fungo invece � proprio quello di poter accellerare l'apertura rispetto alla velocit� del motore, perch� c'� la camma in mezzo.
Nel campo delle rotative o delle saracinesche si fa fatica. Ci hanno provato in tanti a correggere questo difettuccio, senza riuscirci. Anche nei MCI ci si � provato ovviamente.
Unica eccezzione il sistema Burt-Machullun a fodero. Ci facevano i motori aereonautici gli inglesi con grande soddisfazione. MA sputacchiava olio e comunque in mezzo c'� una manovella aggiuntiva che muove il fodero.

**rampa** · 26-09-2010, 18:01

Valvola a tre vie

Con questa soluzione, a parit� di luci e di escursione (movimento unico), le aperture rimangono sfasate di 180� e la valvola di immissione rimane aperta per lo stesso tempo della valvola di scarico, mentre � riconosciuta l'esigenza di aprire l'immissione dal PMS a met� circa dell'escursione (primo 1/4 di giro circa) e l'espulsione invece dal PMI al PMS (secondo 1/2 giro circa).
Le cose si complicano ancora nel doppio effetto ed enormemente di pi� nel doppio Brayton in sequenza...
La cosa io non la vedo cos� banale...

**Stranamore** · 26-09-2010, 18:13

Non � difficile lavorare sulle luci fisse per ottenere qualunque intervallo di apertura. Se la pensi in bidimensionale,con le due aperture su due piste diverse il problema � risolto in maniera semplice. Il vero problema rimane la velocit� di apertura, purtroppo bassa.

**rampa** · 26-09-2010, 22:17

Bene, mi fermo qui, perch� non vorrei proporre una soluzione troppo complicata per un problema definito dagli esperti come banale.

**DinoDF** · 27-09-2010, 18:09

Camma

Forse ritenevo (sbagliando) superfluo disegnare anche la camma che comanda la valvola, l'ho inserita e spiego brevemente il suo funzionamento:
L'albero che comanda la camma gira in senso antiorario
1. per 120� dal PMS la camma mantiene la luce della valvola di immissione aperta
2. per i successivi 60� entrambe le luci risultano chiuse
3. successivamente per 180� viene aperta la luce di scarico
4. il ciclo ricomincia
Inutile dire che la geometria � approssimativa, cos� come � disegnata probabilmente non va bene.

Naturalmente come ha gi� precisato Stranamore � possibile anche realizzare un movimento uniforme della camma e variare le luci per variare la fasatura.

Per ovviare, almeno in parte, al problema della lentezza di apertura della valvola � sufficiente realizzare le luci a forma di asola con il lato corto perpendicolare all'asse di movimento, invece che circolare cos� con una corsa breve si ha la totale apertura della luce.

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Motori Esotermici a Doppio Effetto

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