Discussione: Motore.... solare.

Proviamo a ipotizzare un tubo di vetro pieno d'acqua disposto in verticale ed esposto al sole con una camera d'aria in cima. L'acqua si riscalda, l'aria pure.
L'aria si espande e solleva il pistone, giunto a fine corsa il pistone apre le valvole, l'aria calda fuoriesce e il pistone per gravità ritorna in basso, le valvole si richiudono e il ciclo riprende.
In cima al pistone c'è un alternatore a magneti permanenti di tipo lineare.
Secondo voi per tirar fuori un apprezzabile quantità di energia che dimensioni dovrebbe avere il marchingegno?

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l'idea di base è buona,ma credo che la frequenza di salita/discesa del dispositivo sia molto bassa e quindi le potenze in gioco saranno molto limitate .

CITAZIONE (tamerlano @ 12/10/2007, 01:40)

credo che la frequenza di salita/discesa del dispositivo sia molto bassa e quindi le potenze in gioco saranno molto limitate .

Se è per la frequenza basta aumentare il numero di pistoni e gestire elettronicamente l'apertura e la chiusura delle valvole.
Poi, per accumulare momentaneamente l'energia, prima di mandarla alle batterie, si può usare un grosso condensatore, di quelli per autotrazione.
Quel che sarebbe interessante è provare a calcolare quanta energia si riesce a convertire da termica ad elettrica.
In cima al tubo si dovrebbero tranquillamente raggiungere gli 80°, all'esterno ce ne sarebbero al massimo 30° per cui si avrebbe una differenza di temperatura di 50 gradi.
Di quanto si espande l'aria?
In quanto tempo?
Quanto ci impiega l'acqua a raggiungere nuovamente la temperatura di regime?

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E' una versione tagliata a meta' del motore Stirling. Mentre nello Stirling il calore a disposizione viene riusato piu' volte nel tuo setup esso viene gettato via all'apertura delle valvole. Non credo che sia una buona strada.

CITAZIONE (Elektron @ 12/10/2007, 13:11)

E' una versione tagliata a meta' del motore Stirling. Mentre nello Stirling il calore a disposizione viene riusato piu' volte nel tuo setup esso viene gettato via all'apertura delle valvole. Non credo che sia una buona strada.

Anche nel motore Stirling il calore deve essere sotratto, altrimenti non funzionerebbe.
Il problema si riduce quindi a quanto ne devi sottrarre per avere un rendimento ottimale.
Che poi tu lo faccia per conduzione o convezione non credo cambi le cose.

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cosa serve l'acqua in questo motore?

inoltre se non si mette un qualche volano il pistone si cerca una posizione di equilibrio

CITAZIONE (guzzillo @ 12/10/2007, 15:24)

cosa serve l'acqua in questo motore?

L'acqua serve per accumulare calore.

CITAZIONE

inoltre se non si mette un qualche volano il pistone si cerca una posizione di equilibrio

Con le valvole chiuse... poi si aprono,
l'aria calda che ha un volume maggiore fuoriesce
entra al suo posto quella fredda che ha un volume minore e il pistone si riabbassa.

Se non ho preso una cantonata la differenza di volume fra caldo e freddo con un delta(T) di 50° dovrebbe essere del 16%.
Quanto ci mette l'aria a passare da 30° a 80°?
Scoperto questo penso si possa agevolmente calcolare la potenza oraria.

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perchè accumulare calore? non conviene usarlo tutto per scaldare l'aria?
il tuo praticamente è un due tempi con valvole al posto delle luci di scarico

CITAZIONE (guzzillo @ 13/10/2007, 13:43)

perchè accumulare calore? non conviene usarlo tutto per scaldare l'aria?

Perché il tempo che ci mette il calore a trasferirsi dalla massa d'acqua, per convezione, al cilindro è minore di quello che ci metterebbe a riscaldarsi l'aria presente nel cilindro sottoposta soltanto a irraggiamento. In pratica aumenta la frequenza delle stantuffate.

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non credo proprio. se usi l'irraggiamneto per scaldarel'acqua scaldi una massa superiore e hai i calori latenti di evaporazione...

piuttosto scalda un folgio di metallo

Ho fatto un piccolo esperimeto di fisica casalinga, giusto per rendermi conto delle dimensioni del problema.
Occorrente, un pentolino d'acqua calda e una siringa da cui ho levato l'ago e ho tappato il foro con una vite.
Ho riscaldato l'acqua fino a portarla a 85° poi ho immerso la siringa e lo stantuffo è andato su in un paio di secondi, altrettanto c'è voluto a farlo scendere mettendo la siringa sotto l'acqua fredda.
Se lasciavo a contatto solo la parte finale della siringa i tempi diventavano biblici...
Per cui, oltre ad appurare che l'equazione di stato dei gas perfetti è un modello valido anche per la mia cucina ne ho desunto che maggiore è la superficie che consente lo scambio di calore e più veloce è il procedimento.
Avrei dovuto ovviamente saperlo... ma uno per questo sperimenta per vedere l'ovvio che gli sfugge.
Cmq, alla luce di quanto sopra ho modificato lo schizzo del prototipo immergendo interamente il cilindro in acqua.
Ora, per realizzare il tutto pensavo di procurarmi un motore a due tempi di 10 cc o anche meno.

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ok ma l'acqua l'hai dovuta scaldare se tutto quel calore lo usavi per scaldare l'aria...

comunque bisognerebbe vedere il rendimento rispetto ad altri motori come lo stirling ciao

CITAZIONE (guzzillo @ 14/10/2007, 18:43)

ok ma l'acqua l'hai dovuta scaldare se tutto quel calore lo usavi per scaldare l'aria...
comunque bisognerebbe vedere il rendimento rispetto ad altri motori come lo stirling ciao

L'acqua la scalderà il sole e al momento mi pare il mezzo più efficace per raccogliere, immagazzinare e convogliare calore sfruttando l'effetto serra.
Diversamente dovrei usare un concentratore solare, cosa costruttivamente più complessa.
Anche sul rendimento sono ottimista, se ben dimensionato dovrebbe essere paragonabile.
In fondo sto trasformando calore in lavoro espandendo un gas... stessa cosa la fa il motore Stirling.

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CITAZIONE (arkannen @ 14/10/2007, 19:32)

Anche sul rendimento sono ottimista, se ben dimensionato dovrebbe essere paragonabile.
In fondo sto trasformando calore in lavoro espandendo un gas... stessa cosa la fa il motore Stirling.

Solo che dimentichi, o non sai, che un motore Stirling per avere un rendimento economicamente accettabile deve avere un ottimo rigeneratore, che nel tuo modello non è presente... Il tuo modello è più simile al motore con ciclo Brayton che se non erro ha rendimento minore del ciclo Stirling...

D

CITAZIONE (DinoDF @ 15/10/2007, 00:22)

Il tuo modello è più simile al motore con ciclo Brayton

Lo sai che mi hai dato un'idea?



Una serpentina di rame, in cui circola aria, è immersa in un contenitore d'acqua esposta al sole, l'aria si scalda e si espande spostando il pistone.
Si aprono a coppie prima le valvole A-D che provocano uno spostamento del pistone verso destra e poi le valvole B-C che lo spostano verso sinistra.
L'aria calda in uscita dalle valvole D e C viene fatta passare attraverso un radiatore che la raffredda facendola quindi diminuire di volume reimmettendola nuovamente nel pannello. La valvola E è una semplice valvola di tenuta che fa si che la circolazione sia unidirezionale.
Il pistone farebbe da rotore ponendovi i magneti permanenti, il cilindro invece da statore ponendovi gli avvolgimenti.
Il sistema dovrebbe lavorare fra le temperature di 80° raggiunte nel contenitore d'acqua e i 30° dell'ambiente.
La combustione è esterna... il ciclo del gas invece è chiuso per cui può essere anche diverso dall'aria e può anche essere fatto lavorare a pressione diversa da quella atmosferica.
Sul rendimento e sulla potenza non mi esprimo... sulla semplicità costruttiva invece sì, direi che è alla portata di chiunque.

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Ciao

Per far si che funzioni mi sa che bisognerebbe sostituire la valvola E con un compressorino che riimmette aria fresca nel pannello e a quel punto almeno in teoria potrebbe funzionare .
E' il normale ciclo utilizzato nelle centrali termoelettriche .. Magari anche con aria si riesce ad ottenere qualcosa..

ciao
Eddy

CITAZIONE (Eddy79 @ 16/10/2007, 20:03)

Per far si che funzioni mi sa che bisognerebbe sostituire la valvola E con un compressorino che riimmette aria fresca nel pannello

Non è sufficiente la spinta del pistone a reimmettere l'aria nel pannello?
Mentre in una camera l'aria calda si espande e sposta il pistone l'aria dell'altra camera viene spinta nuovamente nel pannello dopo essere stata raffreddata.

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Ciao arkannen

ho visto i tuoi post, e a come la vedo io il sistema da te descritto dovrebbe muoversi fino a raggiungere un punto di equilibrio.



secondo me il pistone si dovrebbe fermare nel punto in cui le pressioni del circuito caldo e quello freddo sono in equilibrio.

ciao

ciao wam....
io nn direi se esiste un dt e ci si mette un paio di valvole di nn ritorno
nel circuito di scambio....quello nn si ferma....
cmq assomiglia molto ad uno stirling lineare....


http://www.grc.nasa.gov/WWW/tmsb/stirling.html

un saluto gnorri!!

ciao

Son daccordo con Wam; se non metti una pompa di piccolo volume al posto di E il pistone si spostera' su e giu' alcune volte finche' la pressione a valle dello stesso non sara' uguale a quella a monte ; la valvola E sara' sempre chiusa perche' avra' pressioni uguali da entrambe le parti e il motore sara' in stallo.

Nel caso teorico di un sistema senza perdite la pompa da installare nel punto E assorbira' meno potenza di quella erogata dal motore perche' pompera MINORE volume essendo il fluido piu' denso

A questo ciclo si potrebbe applicare un rigeneratore per aumentare il rendimento ; se riesco posto uno schemino ..

ciao
Eddy

ciao

Questo ciclo si presta bene a fluidi che subiscono passaggi di stato con conseguente sensibile aumento di pressione e maggior rendimento tuttavia nessuno vieta di provare ad usarlo con la sola aria calda ..

Lo scambiatore o rigeneratore riduce sensibilmente le perdite e innalza il rendimento, e' il miglioramento del ciclo brayton ed inoltre essendo chiuso e' piu' silenzioso e si puo' pressurizzare.



A proposito: Qualcuno conosce un fluido che condensi sotto i 30-40 gradi e fornisca almeno alcuni bar di pressione a 60-70 gradi ?

ciao
Eddy

Non sono ancora del tutto convinto della necessità del compressore, perché il motore dovrebbe lavorare con una pressione costante in tutto il circuito sfruttando solo la variazione di volume.
La valvola di tenuta dovrebbe essere sufficiente a far sì che l'espansione avvenga solo nel cilindro.
E il fatto che cmq l'espansione ci debba essere non dovrebbe mettere il motore in stallo.
E se viene fatto lavorare alla stessa pressione dell'ambiente non c'è motivo per cui debbano esserci perdite di gas... ce ne saranno di calore, ma questo influirà solo sul rendimento.

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pero' devi tenere presente che per vincere la resistenza che fa la tenuta dello stantuffo,
un po' di pressione in piu' dovrebbe esserci rispetto al circuito freddo.

ciao

ciao

Mi son permesso di modificare il tuo schema per renderlo piu' comprensibile e capire perche' serve il compressore



Disegnato cosi' e' come il tuo ma con un motore generico a pistoni o no non fa differenza

Se dal lato caldo il fluido si espande il motore girera' per un po' fino al raggiungimento dell'equilibrio tra le 2 pressioni ma non ci sara' mai una pressione maggiore nel lato freddo a far si che la valvola E si possa aprire
Qui entra in gioco il compressore

Ciao
Eddy

Innanzi tutto, grazie a tutti per l'interessamento e per gli spunti che mi state fornendo.

CITAZIONE (Eddy79 @ 18/10/2007, 21:32)

Se dal lato caldo il fluido si espande il motore girera' per un po' fino al raggiungimento dell'equilibrio tra le 2 pressioni ma non ci sara' mai una pressione maggiore nel lato freddo a far si che la valvola E si possa aprire
Qui entra in gioco il compressore

Sicuramente hai ragione tu. io contavo di giocare con i volumi.
Ossia, il circuito del lato freddo avrebbe un volume minore del circuito del lato caldo, proprio per tenere conto della diminuzione di volume dovuta al raffreddamento del gas. Per cui ad ogni ciclo verrebbe immessa nel lato caldo aria più densa.
Ma può darsi che non sia sufficiente, se devo mettere un compressore tanto vale buttare via l'aria calda, o al più farla passare da un rigeneratore.
Perché spendere lavoro per raffreddarla se ho l'ambiente che è un serbatoio inesauribile di aria fredda?

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