Discussione: motore stirling e motore a vuoto

salve, volevo realizzare uno di questi due motori, solo a scopo ornamentale, magari costruendo un modellino di trattore o un mini generatore elettrico, vedremo...

per la semplicità di costruzione, mi interessava di più il motore a vuoto (il cosiddetto vacuum engine), però volevo sapere una cosa a riguardo dei rendimenti... a parità (circa) di dimensione esterna, ha più "forza" un motore stirling o uno a vuoto?
so che è una domanda molto generica, ma più o meno...

grazie!

Sicuramente il motore Stirling ha delle caratteristiche per avere maggiore potenza, può essere pressurizzato ad esempio, il vacuum si può anch'esso pressurizzare, ma ha il problema che una volta terminato l'ossigeno all'interno della camera la fiamma si spegne, quindi bisognerebbe realizzare un sistema di ricambio dell'aria con conseguente perdita di potenza, secondo me è da valutare i rendimenti mettendo a confronto il motore stirling ed il brayton.

ma a parità di altre caratteristiche?
cioè, volevo costruirmi questo motore ma non lo pressurizzerei, o altre cose.

diciamo che anche a me viene da pensare che lo stirling faccia più potenza per il fatto che il fluido all'interno esegue del lavoro sia quando si scalda, espandendosi, sia quando si raffredda, mentre il vacuum engine sfrutta solo il ritiro del gas che si raffredda e ha una corsa di scarico che non esegue lavoro.
è un ragionamento che fila?

Lo stirling secondo me ha maggiore potenza perché la pressione all'interno del cilindro (e di conseguenza la potenza) non ha un limite massimo, dipende solo dalla differenza di temperatura tra caldo e freddo, il vacuum ha una pressione massima (teorica) di circa un bar (0.1 Mpa) perché il lavoro è dato dalla pressione esercitata sul pistone nella corsa da PMI a PMS.

Salve a tutti. Provo a dare il mio contributo.
Il vacuum è praticamente solo un giocattolo.
Esso funziona per la sola caduta di pressione del fluido in raffreddamento all'interno del cilindro mentre all'esterno del pistone continua ad agire la pressione atmosferica. Dal punto di vista termodinamico equivale ad un ciclo brayton "sub-atmosferico" in cui le trasformazioni invece che susseguirsi in parti diverse della macchina si susseguono nello stesso volume variabile.
In pratica somma allo scarso rendimento limite del brayton non rigenerato i problemi pratici dell'avere gli scambi di calore a fluido fermo. Quest'ultima circostanza limita di molto la velocità massima del motore, perlomeno sotto carico, e si somma all'altro limite intrinseco di tutti i motori sub-atosferici a ciclo aperto che è quello di poter lavorare alla fine con al massimo qualche decimo di pressione di differenza tra il massimo ed il minimo.
Va da se che il lavoro raccolto è infinitesimo, ed appena sufficiente a mantenere il motore in moto.
Lo stirling ha un potenziale decisamente superiore, anche se corrispondentemente superiore è la difficoltà di metterlo a punto e progettarlo.

Originariamente inviata da Stranamore

Salve a tutti. Provo a dare il mio contributo.
Il vacuum è praticamente solo un giocattolo.
Esso funziona per la sola caduta di pressione del fluido in raffreddamento all'interno del cilindro mentre all'esterno del pistone continua ad agire la pressione atmosferica. Dal punto di vista termodinamico equivale ad un ciclo brayton "sub-atmosferico" in cui le trasformazioni invece che susseguirsi in parti diverse della macchina si susseguono nello stesso volume variabile.
In pratica somma allo scarso rendimento limite del brayton non rigenerato i problemi pratici dell'avere gli scambi di calore a fluido fermo. Quest'ultima circostanza limita di molto la velocità massima del motore, perlomeno sotto carico, e si somma all'altro limite intrinseco di tutti i motori sub-atosferici a ciclo aperto che è quello di poter lavorare alla fine con al massimo qualche decimo di pressione di differenza tra il massimo ed il minimo.
Va da se che il lavoro raccolto è infinitesimo, ed appena sufficiente a mantenere il motore in moto.
Lo stirling ha un potenziale decisamente superiore, anche se corrispondentemente superiore è la difficoltà di metterlo a punto e progettarlo.

ok quindi lo stirling ha più potenziale, come immagivo.

ho però provato a fare un paio di conti, teorici ovviamente, prendendo in considerazione il motore del landini testa calda (certo so bene che non c'entra niente, è un motore di 100 anni fa ecc.., ma era una mia curiosità), in questo caso specifico il superlandini del 1934, 12200 cc per 48 cavalli.

ho coniderato un teorico motore a vuoto di pari cilindrata, con un rapporto corsa/alesaggio di 1.8, che danno quindi un alesaggio di 205mm per una corsa di 369mm.
supponiamo ora che dentro al pistone rimangono 50.000 Pa di pressione (a proposito, qualcuno saprebbe circa qual'è il valore reale?), quindi altri 50000 Pa che spingono in su il pistone, moltiplicata per l'area del pistone in metri quadri da una forza di 1650 N, che moltiplicata per il braccio da una coppia di 304 Nm, direi molto elevata!
se poi il motore fa 2000 giri (non ho idea di quanti giri possa fare) la potenza è di 87 cavalli! certo bisogna anche togliere gli attriti, ma confrontato appunto col testa calda sono molto, quindi a parer mio è un motore niente male

Ciao pironman. Purtroppo il calcolo che hai fatto per la versione vacuum del super landini è completamente sbagliato. Ti assicuro che con 0.5 bar di differenza di pressione un motore da 12 litri non si muove neanche. Un motore di pari cilindrata, ma a tecnologie odierne, assorbe a 2000 gir/min tra i 30 ed i 40 Kw di solo attrito.
Il tuo calcolo poi è errato per un motivo fondamentale. Il manovellismo biella-manovella, per sua costituzione, non offre un braccio costante. Il braccio con cui la pressione viene convertita in coppia varia da 0 al PMS, raggiunge un massimo un poco in anticipo rispetto alla metà corsa, e torna a 0 al PMI. Anche ammettendo che il delta di pressione sia costante, cosa che non può essere nella realtà, la coppia raccolta sarà l'integrale della curva che rappresenta il valore di coppia in funzione dell'angolo di manovella, integrale che per forza di cose sarà di molto inferiore alla superficie del rettangolo che hai calcolato tu considerando il braccio costante e pari al raggio di manovella.
Spero di essere stato chiaro.

Originariamente inviata da Stranamore

Ciao pironman. Purtroppo il calcolo che hai fatto per la versione vacuum del super landini è completamente sbagliato. Ti assicuro che con 0.5 bar di differenza di pressione un motore da 12 litri non si muove neanche. Un motore di pari cilindrata, ma a tecnologie odierne, assorbe a 2000 gir/min tra i 30 ed i 40 Kw di solo attrito.
Il tuo calcolo poi è errato per un motivo fondamentale. Il manovellismo biella-manovella, per sua costituzione, non offre un braccio costante. Il braccio con cui la pressione viene convertita in coppia varia da 0 al PMS, raggiunge un massimo un poco in anticipo rispetto alla metà corsa, e torna a 0 al PMI. Anche ammettendo che il delta di pressione sia costante, cosa che non può essere nella realtà, la coppia raccolta sarà l'integrale della curva che rappresenta il valore di coppia in funzione dell'angolo di manovella, integrale che per forza di cose sarà di molto inferiore alla superficie del rettangolo che hai calcolato tu considerando il braccio costante e pari al raggio di manovella.
Spero di essere stato chiaro.

chiarissimo grazie!

si in effetti era un calcolo tanto più o meno, ma non immaginavo che gli attriti fossero così tanto elevati!
io adesso sto facendo un progettino per realizzare il motore a vuoto, per limiti di materiale alesaggio e corsa saranno di 14 * 26 mm e cilindro-pistone saranno in ottone per motivi di antigrippaggio.
spero che poi funzioni!