Discussione: Una mia idea

Ciao forum,
perdonate se oso, ma vorrei sottoporre al vostro giudizio questa idea.
Inserisco di seguito un gif animato (che faticaccia farlo!) che spero illustri bene la mia idea.
Una breve spiegazione.
Si tratta di un unico cilindrone in cui scorrono due pistoni "legati" rigidamente da (non la chiamerei biella) un asse rigido.
Frapposto vi è un generatore di corrente lineare.
Fuoriuscite di gas (aria volendo) sono evitate da due appositi anelli di tenuta che permettono lo scorrimento dell'asse ma che evitano appunto che il gas defluisca.
Il ciclo è il brayton. I pistoni sono entrambi sia compressori (uno per l'altro nei volumi sottostanti ad essi) sia di potenza l'espansione del gas ad alta temperatura avviene sui celi dei pistoni.
Le valvole di scarico e di iniezione del gas ad alta temperatura sono pilotate in sincronia (qui è solo rappresentato uno schema, nulla toglie di poter realizzare un'unica "doppia valvola a 3 vie").
Infine, le valvole nelle camere di compressione sono state sostituite da 4 valvole di non ritorno (2 per pistone) opportunamente posizionate.
Spero di poter dare spiegazioni maggiori in merito.
Tale motore non dovrebbe comportare grosse difficoltà realizzative dal punto di vista meccanico. I punti critici sono ovviamente le valvole e gli anelli di tenuta dell'asse rigido.



NOTA: ovviamente si potrebbe pensare ad un rigeneratore e/o all'utilizzo del gas di scarico dei pistoni di potenza per cogenerazione - Date un'occhiata anche a http://digilander.libero.it/digitalrino/page_7.htm.
Saluti.

Massimo javascript:;

Edited by Emv2 - 3/5/2006, 16:41

Massimo,
bella l'immagine, me ne faresti altre 4 o 5 simili per capire meglio?

Scherzi a parte, bisognerebbe capire a che regime funzionerebbe, e che dimensioni avrebbe.
Se va troppo lento, la potenza generata elettricamente sara' bassa.
Se il calore si trasmette sullo stelo, smagnetizza i magneti permanenti.

Ciao!
Mario

Ciao Mario,
grazie per l'attenzione
Mi rendo conto di essere stato piuttosto vago...ma avevo poco tempo a disposizione. Cercherò di dare qualche informazione. I due gruppi valvola, agli estremi del disegno , sono pilotati dalla pressione generata dai compssori (per intenderci dal gas compresso nelle camere interne dei cilindri.
quando la pressione all'interno di tale amera supera la forza esercitata da una molla (tarata da un registro), la ghigliottina della valvola scorre verso il lato opposto aprendo un canale e chiudendo l'altro.
Regime di rotazione ... onestamente non saprei ... bisognerebbe fare due conticini
Il calore? si potrebbe usare materiale con scarsa conducibilità termica.
Le dimensioni...beh credo siano davvero minime .
Comunque qualsiasi commento è davvero ben
gradito. Sto cercando di capire dove siano i lati negativi, perché è l'unica certezza che ho
A presto
Massimo

Beh, spero di non annoiarvi dicendo cose insulse ma qualche conto è d'obbligo (sto usando un palmare, passatemi la pessima formattazione )

Ipotesi iniziali:
Alesaggio cilindri: 100mm
Corsa : 80mm
Altezza pistone: 40mm
Diametro stelo: 20mm
Rapporto pressioni 4:1
Tmax: 430 °C
Tcomp: 180 °C
Oscillazioni: 2400 osc/min circa 40 osc/s

Dunque, via coi calcoli.
Cilindrata camera compressione:
sarà il volume del cilindro, tolto il volume dello stelo, per cui:
(5*5)cm^2 * 3,14 * 8cm = 628 cm^3 per cilindro
Stelo: 1cm^2 * 3,14 * 8cm = 25,12 cm^3
Volume utile: (628-25,12)*2=1205,76cm^3
(le camere di compressione sono due )

Ora calcolo la quantità di aria aspirata in un secondo:
2/3 di Cilindrata viene compressa per cui segue:
(1205,76*0,66) * 40 = 31,8l/s

Quantità di calore assorbita per il funzionamento con i parametri in ipotesi:
Qi = 1,29*31,8*1*(430-180)=10255 joule assorbiti .

essendo il rendimento teorico con pressioni in rapporto 4:1 = 0.327:
Potenza motore=10255*0,327=3,3Kw circa

Un rendimento pari a 0,290 è più realistico per cui:
10255*0,290=2,98Kw

Le dimensioni del motore:
Diametro: 11 cm circa
Lunghezza: 12+3+12+3+12=42cm circa.

Se l'alternatore ha un rendimento pari all'80% segue:
2,98*0,80=2,3Kw

Con un'irradiazione media di 600w/mq avrei necessità di circa 20mq considerando tutte le varie perdite in modo grossolano.
Ovvio che se considerassi 800w/mq i metri quadrati scenderebbero a circa 13.
I restanti 7kw circa potrebbero essere usati per cogenerazione (riscaldamento e/o acqua calda).
20 mq ... si potrebbe pensare ad un cilindro parabolico di un metro di apertura e lungo circa 6m o (4m se si considerano 800w/mq).
Le formule sono state prese ( e date per affidabili ) dal sito a cui mi riferisco nel mio primo post di questo thread.

Saluti.
Massimo

PS: Non infierite troppo su di me

Edited by Emv2 - 4/5/2006, 10:45

ciao !!

l'idea secondo me è eccezzionale!

ci sono però dei problemi difficili da superare:

le guarnizioni delle bilelle (potevi mettere delle lettere per indicare i pezzi!) lineari.
esse sono usate nei grossi motori industriali a B 2T per, appunto, i pistoni doppio effetto.

se analizzi bene il tuo progetto, vedrai che ne è sufficiente uno solo di pistone.

un motore simile al tuo, a ciclo brayton è stato costruito dall'IM del cnr di napoli.
se posso invio uno schema.

continuiamo!

PS: + semplice = + affidabile

Personalmente non capisco:
perchè quella luce sul pistone?
L'idea è molto interessante, ma ci sono questi secondo me importaneti problemi da risolvere:
- tenute del pistone nella parte calda;
- regolazione delle valvole di scarico;
- il generatore andrebbe raffredato sempre;
Ho grassi dubbi su quel rendimento, tra quelle temperature il ciclo ideale di Carnot avrebbe il 36% di rendimento....il Brayton, da controllare.....il tuo anche!
In compenso sarebbe energia gratis!...visto che il FV ha il 15% perchè no?

che programma hai usato per fare il gif?

Grazie sorellaluna, troppo buono
Per l'animazione ho usato macromedia fireworks e per i disegni microsoft visio.
Ciao Alex3, dunque la luce parzializzata sul cilindro serve per evitare di dover usare complessi manovellismi per gestire la valvola di aspirazione in modo da farla rimanere aperta in aspirazione finchè il pistone non abbia percorso circa 1/3 di corsa. Infatti durante la corsa del pistone parte dell'aria aspirata fuoriuscirà da tale luce (la quantità dipende da come tale luce sarà parzializzata) finchè il pistone non oltrepasserà la luce stessa. da quel momento la restante aria nella parte del cilindro adibita a compressione verrà compressa.
Da notare che le due doppie valvole agli estremi del motore sono pilotate anch'esse dall'aria compressa nei cilindri "compressori".
Sì è vero, il generatore deve essere raffreddato ma non vedo problemi di tenuta nella parte calda del cilindro.
Riguardo alla potenza e al rendimento...beh , ripeto, mi sono affidato alle formule riportate nel sito al quale mi sono ispirato. Credo comunque che i dati riportati siano abbastanza attendibili. Credo che un rendimento elettrico complessivo del 23% non sia utopico...e poi vogliamo parlare del rimanente calore x riscaldare acqua?
Sorellaluna si hai ragione, poteva bastare un pistone ma la complessita' del motore non è poi di tanto inferiore. occorre tener presente un funzionamento sbilanciato, Minore coppia e soprattutto occorre introdurre un "volano" equilibratore di moto oltre ad un meccanismo per gestire il passaggio dell'aria dal compressore alla zona di riscaldamento della stessa senza perdere in rendimento.
Appena ci rie
co invio un post con le sequenze di funzionamento commentate e un possibile metodo realizzativo fai-da-te.
Qualsiasi altra critica è ben accetta.
A presto

Emv2

Scusate se posto una domanda da ignorante, ma il motore in questione deve avere i cilindri in fase, come riportato nell' animazione, o in controfase come disegnato nel sito http://digilander.libero.it/digitalrino/page_7.htm ?

Leggendo la spiegazione data da Zefferino del ciclo Brayton nel suo sito mi sembrava che qualcosa non tornasse...

Grazie

Ciao DinoDF,
non scusarti, la domanda è lecita.
I pistoni "compressore" e "potenza" devono essere controfase. Nel mio motore i pistoni sono 2 ma in realtà è come se fossero 4 perchè vengono sfruttati da entrambi i loro cieli ed ogni lato interno di un pistone è in controfase con quello esterno dell'altro.
A presto.
Emv2

CITAZIONE (Emv2 @ 4/5/2006, 22:19)

Ciao DinoDF,
non scusarti, la domanda è lecita.
I pistoni "compressore" e "potenza" devono essere controfase. Nel mio motore i pistoni sono 2 ma in realtà è come se fossero 4 perchè vengono sfruttati da entrambi i loro cieli ed ogni lato interno di un pistone è in controfase con quello esterno dell'altro.
A presto.
Emv2

E' proprio questo che non mi torna...



Ho inserito delle lettere al tuo disegno, spero non ti dispiaccia.
Considero solo metà macchina.
L' aria contenuta nel cilindro "A" si espande, nel cilindro "C" viene aspirata aria fresca,
raggiunto il PMI l' aria in "A" viene scaricata, parte dell' aria in "C" viene compressa nel riscaldatore,
raggiunto il PMS l' aria riscaldata viene immessa in "A" e il ciclo ricomincia.
A questo punto posso dire che i cilindri sono in fase, dato che i volumi variano allo stesso modo;
se diminuisce il volume nel cilindro "A" diminuisce anche in "C" e viceversa.
Mentre dallo schema proposto da Zefferino nel suo sito (http://digilander.libero.it/digitalrino/page_7.htm) quando il volume nel cilindro compressore diminuisce aumenta quello nel cilindro espansore.

Qual' è il sistema giusto? oppure spiegatemi dove sbaglio.

Grazie

[QUOTE=DinoDF,6/5/2006, 13:44][QUOTE=Emv2,4/5/2006, 22:19]Ciao DinoDF,
non scusarti, la domanda è lecita.
I pistoni

QUOTE (DinoDF @ 6/5/2006, 13:44)

QUOTE (Emv2 @ 4/5/2006, 22:19)

Ciao DinoDF,
non scusarti, la domanda è lecita.
I pistoni "compressore" e "potenza" devono essere controfase. Nel mio motore i pistoni sono 2 ma in realtà è come se fossero 4 perchè vengono sfruttati da entrambi i loro cieli ed ogni lato interno di un pistone è in controfase con quello esterno dell'altro.
A presto.
Emv2

E' proprio questo che non mi torna...



Ho inserito delle lettere al tuo disegno, spero non ti dispiaccia.
Considero solo metà macchina.
L' aria contenuta nel cilindro "A" si espande, nel cilindro "C" viene aspirata aria fresca,
raggiunto il PMI l' aria in "A" viene scaricata, parte dell' aria in "C" viene compressa nel riscaldatore,
raggiunto il PMS l' aria riscaldata viene immessa in "A" e il ciclo ricomincia.
A questo punto posso dire che i cilindri sono in fase, dato che i volumi variano allo stesso modo;
se diminuisce il volume nel cilindro "A" diminuisce anche in "C" e viceversa.
Mentre dallo schema proposto da Zefferino nel suo sito (http://digilander.libero.it/digitalrino/page_7.htm) quando il volume nel cilindro compressore diminuisce aumenta quello nel cilindro espansore.

Qual' è il sistema giusto? oppure spiegatemi dove sbaglio.

Grazie

Ciao Dino,
non sbagli.Da un punto di vista volumetrico hai perfettamente ragione. La "controfase volumetrica" la ottieni co lle camere che un singolo pistone genera oppure corrispettive ...hai fatto benissimo a mettere le lettere ...mi sono ripromesso, tempo permettendo e pc - ora scrivo con un palmare : ) di scrivere un pdf con tutti gli schemi e diagrammi opportuni. Una controfase volumica puoi ottenerla tra le camere A e B, C e D oppure A e D, B e C.
Quando pero' mi riferisco al termine controfase, intendo le 4 fasi del ciclo brayton-joule. Inoltre, considera bene il motore di zefferino. Noterai che solo x metà del tempo di rotazione il motore è in fase attiva 1 sola espansione per giro completo di albero motore). La diversità tra i motori è dovuta al fatto che nel motore da me pensato [ resta da vedere se funziona ], non essendoci un volano vero e proprio le fasi attive [per giro equivalente] devono essere necessariamente due. In questo caso, oltre che per rendere il motore simmetrico nei volumi [considera che i volumi di B e C sono minori di quelli di A e D a causa dello stelo e che le valvole comandate è meglio tenerle esterne x motivi di spazio] ho optato per questa configurazione che, a differenza del motore di zefferino, ha metà tempo per ogni semiciclo per riscaldare il gas prima di essere immesso nei pistoni atti per l'espansione - qui ci sarebbe da dire molto...ma un'altra volta - comunque ho motivo di credere che si possano cambiare i collegamenti in modo da avere le seguenti configurazioni [prima indico il cilindro di "potenza" poi quello di compressione]
AD-BC oppure AB-DC.
A presto.
Emv2

Ciao Dino,
non sbagli.Da un punto di vista volumetrico hai perfettamente ragione. La "controfase volumetrica" la ottieni co lle camere che un singolo pistone genera oppure corrispettive ...hai fatto benissimo a mettere le lettere ...mi sono ripromesso, tempo permettendo e pc - ora scrivo con un palmare : ) di scrivere un pdf con tutti gli schemi e diagrammi opportuni. Una controfase volumica puoi ottenerla tra le camere A e B, C e D oppure A e D, B e C.
Quando pero' mi riferisco al termine controfase, intendo le 4 fasi del ciclo brayton-joule. Inoltre, considera bene il motore di zefferino. Noterai che solo x metà del tempo di rotazione il motore è in fase attiva [1 sola espansione per giro completo di albero motore]. La diversità tra i motori è dovuta al fatto che nel motore da me pensato [ resta da vedere se funziona ], non essendoci un volano vero e proprio le fasi attive [per giro equivalente] devono essere necessariamente due. In questo caso, oltre che per rendere il motore simmetrico nei volumi [considera che i volumi di B e C sono minori di quelli di A e D a causa dello stelo e che le valvole comandate è meglio tenerle esterne x motivi di spazio] ho optato per questa configurazione che, a differenza del motore di zefferino, ha metà tempo per ogni semiciclo per riscaldare il gas prima di essere immesso nei pistoni atti per l'espansione - qui ci sarebbe da dire molto...ma un'altra volta - comunque è possibile cambiare i collegamenti in modo da avere le seguenti configurazioni [prima indico il cilindro di "potenza" poi quello di compressione]
AD-BC oppure AB-DC.
A presto.
Emv2

CITAZIONE (Emv2 @ 7/5/2006, 10:28)

Ciao Dino,
non sbagli.Da un punto di vista volumetrico hai perfettamente ragione. La "controfase volumetrica" la ottieni co lle camere che un singolo pistone genera oppure corrispettive...

Ciao, non ha mica ancora capito...
Appena ho visto la tua animazione la mia idea era quella di utilizzare un normale motore a quattro tempi (ciclo otto) monocilindrico, togliere la candela ed avvitare una serpentina di rame al suo posto.
Poi modificare la camma che comanda l' aspirazione in modo che chiuda poco dopo il PMI.
Scaldare molto, diciamo attorno ai 5-600°C la serpentina e provare se funziona, credo di sì.
Faccio un disegnino, se ci riesco...
A presto.

per farlo girare va bene il mat di recupero, però per farlo girare bene, secondo me, il compressore deve avere una cilindrata maggiore dell'espansore.

il volume della caldaia, in fase di aspirazione, quindi può o non può entrare nel calcolo della cilindrata, a seconda che la sua valvola (cioè quella di scarico del compressore sia automatica o comandata rispettivamente).
il rapporto di compressione è dato da:
v1=cilindrata
v2=volume in cui è compressa la vena fluida (riscaldatore)

C=v1/v2

il rapporto di compressione entra a far parte del rendimento (vedi grafico del rendimento limite)

CITAZIONE (sorellaLuna @ 8/5/2006, 12:16)

per farlo girare va bene il mat di recupero, però per farlo girare bene, secondo me, il compressore deve avere una cilindrata maggiore dell'espansore.

il volume della caldaia, in fase di aspirazione, quindi può o non può entrare nel calcolo della cilindrata, a seconda che la sua valvola (cioè quella di scarico del compressore sia automatica o comandata rispettivamente).
il rapporto di compressione è dato da:
v1=cilindrata
v2=volume in cui è compressa la vena fluida (riscaldatore)

C=v1/v2

il rapporto di compressione entra a far parte del rendimento (vedi grafico del rendimento limite)

Ciao, perchè dici che il compressore (credo cilindro compressore) deve avere una cilindrata maggiore dell' espansore (credo cilindro espansore o attivo)? Se fosse come dici tu il cilindro espansore terminata la sua corsa, quindi al PMI, avrebbe al suo interno ancora una pressione maggiore di quella presente al punto di aspirazione anche senza immettere energia dall' esterno, non credo sia una buona idea!!!

Ciao DinoDF,
ottima l'idea per adattare un monocilindrico ciclo 8 4T (magari quello di una falciatrice )
Non so quanta potenza potrai ottenere dal motore. Tieni presente che un giro e mezzo di manovella viene fatto con la sola energia cinetica di volano e parte di quella impressa dall'espansione dell'aria che non credo si possa eguagliare alla detonazione della miscela aria-benzina (relativamente al motore di riferimento).
Inoltre il problema principale credo lo troverai nelle fasi compressione-espansione.
Un mio ragionamento, così su due piedi:
mentre, nella fase di compressione, il pistone comprime l'aria aspirata, quest'ultima intanto si riscalda nella serpentina per effetto del calore da essa fornito e per l'aumento di pressione dovuto alla dimuizione del volume nella camera del cilindro.
Quando il pistone si avvicinerà al PMS tale aumento di pressione andrà a sottrarsi all'energia di volano, con una conseguente diminuzione della velocità di rotazione (la forza esercitata dall'aria che viene compressa e riscaldata ha verso opposto a quello dell'energia meccanica del volano). Oltrepassato il pms il verso della forza esercitata dall'aria cambia e contribuisce alla rotazione del motore. Il problema è che tra un istante prima del PMS e un istante dopo il PMS la forza attiva (proporzionale anche alla temperatura dell'aria) è aumentata di poco per cui l'energia meccanica utile è piuttosto esigua.
Quando mi chiedevi la differenza tra il mio motore e quello illustrato da zefferino, analizzando bene i tempi, ho notato che la compressione dell'aria avviene nel ciclo precedente a quello in cui verrà immessa nel pistone attivo. Questo perchè l'accumulo di energia termica sia massimo.
A presto.
Emv2

Edited by Emv2 - 9/5/2006, 12:10

anche parte di Q non si trasformerà in lavoro e al PMI andrà via con l'apertura della valvola di scarico.
Consideravo l'ipotesi di comprimere una maggiore quantità d'aria al fine ottenere un'entropia maggiore a parità di riscaldamento.
era solo un'ipotesi.
penso di poterla documentare.
continuo a studiare e poi te lo dico.
ciao

CITAZIONE

Appena ho visto la tua animazione la mia idea era quella di utilizzare un normale motore a quattro tempi (ciclo otto) monocilindrico, togliere la candela ed avvitare una serpentina di rame al suo posto.

per i primi esperimenti xkè non usi un contenitore metallico tipo caldaia? inserendo al suo interno dei pezzi di pietra puoi modificare la pressione della vene fluida nel tratto di riscaldamento.
il calore specifico dell'aria varia a seconda della pressione.

CITAZIONE

la mia idea era quella di utilizzare un normale motore a quattro tempi (ciclo otto) monocilindrico

ma così parte del lavoro fornito dal riscalamento frenerà la compressione (già passiva) o sbaglio?

ciao

Attached Image

Bello....una compressione con riscaldamento incorporato...oK che il sole è gratis....ma un rendimento del ciclo negativo...non credo serva a qualcuno!

CITAZIONE

ma così parte del lavoro fornito dal riscalamento frenerà la compressione (già passiva) o sbaglio?

CITAZIONE

Bello....una compressione con riscaldamento incorporato...oK che il sole è gratis....ma un rendimento del ciclo negativo...non credo serva a qualcuno!

Ma secondo voi il modello proposto da Env2 non soffre degli stessi problemi?

in effetti è vero!
anche nel Brayton tradizionale la fase di compressione non è isoterma,
la vena fluida che si va comprimendo (oltre che a riscaldarsi a causa degli attriti molecolari che noi ora non consideriamo presenti) e che iniettiamo nel riscaldatore ci metterà un tempo Ti per essere iniettata ed in questo tempo è inevitabile che una certa quantità si riscaldi.

il problema del tuo ciclo è che la vena ha poco tempo per riscaldarsi.
converrebbe far fare un giro di manovella a vuoto (a valvole aperte) e poi dare atto all'espansione.
un motore a 6 tempi?
negli stirling l'espansore è in ritardo di 270° rispetto al compressore, forse per dare il tempo al f di riscaldarsi.
ciao e non demordiamo

Eccomi di nuovo qui
Putroppo in questo periodo ho pochissimo tempo per scrivere... spero mi perdonete
Dunque, ciao DinoDF, ho dato un'occhiata approfondita alla tua idea ... ha ragione Alex3 (rendimento negativo) ed anche sorella luna che ti ha spiegato meglio di me il problema.
per quanto riguarda la mia animazione, essa è affetta solo dal problema della quantità di tempo a disposizione per il riscaldamento dell'aria. Ragiona attentamente sui tempi e prova a farti un diagramma temperatura-entropia e/o pressione volume.

Dunque, posto di seguito una seria rivisitazione della mia idea ...in realtà ce ne era una intermedia in cui i compressori non venivano accoppiati nello stesso circuito ma credo che anche così non dovrebbero esserci problemi.
Appena posso faccio una nuova animazione e 4 istantanee delle fasi .... a presto.... i vostri pareri e consigli come sempre sono graditissimi (soprattutto se sensati )
Saluti.

Emv2

Ciao a tutti,
"riecchime"!
Lo so è na schifezz! ma ho proprio poco tempo....
spero sia chiaro anche senza commento...
A presto.

Emv2







Che ne dite? ...
Ah...avevo pensato ad un sistema per controllare le valvole...kosì appena pos{s,t}o = posso, posto
Saluti... (non ci fate caso ... i primi segni di squilibrio mentale!)