Discussione: biella inefficiente

Ciao,volevo avere conferma di una soluzione che ho letto nel web(e ne sono convinto anch'io)per quanto riguarda i motori a vapore....se al posto della biella ,che ricordiamo: esercita la massima coppia sull'albero motore solo in una determinata posizione(quadratura),praticamente quando il pistone è a metà corsa,mentre quando è vicino al pms e al pmi la coppia è praticamente nulla, sostituiamo la biella con una cremagliera fissata direttamente al pistone e che con esso scorre naturalmente parallela al cilindro,la colleghiamo all'albero motore tramite un ingranaggio antiritorno (di quelli cioè che trasmettono il moto all'albero se girati in un senso ma scorrono liberi nell'altro un po' come le porte rotanti all'ingresso di alcuni centri commerciali) in questo caso si avrebbe la coppia massima per tutta la corsa del pistone dal pms a pmi, naturalmente il ciclo del pistone non è più aiutato dall'inerzia dell'albero motore ma sarebbe regolato da appositi finecorsa dello stesso tipo di quelli usati in pneumatica. Si avrebbe così un enorme vantaggio in termini di rendimento meccanico, ovviamente le velocità d'esercizio dovranno essere basse. E' realtà o c'è qualche problema che ho sottovalutato, visto che finora una soluzione così semplice non l'ha ancora adottata nessuno??
(ps. come si fa a mettere i disegni online?in che formato devono essere per farli vedere sul forum?)

Ciao Steam:
Anche io ci avevo pensato magari con dei cuscinetti unidirezionali, ma comunque la cremagliera ti fa perdere in attrito non poco, e poi diventerebbe rumorossisimo, senza parlare del consumo delle stesse.
Una cosa che invece avevo pensato è la possibilità di fare il cilindro di potenza come quelli delle vecchie macchine a vapore e cio'è oscilante e di conseguenza con la biella fissa al pistone in modo di avere sempre una spinta efficace e non avere perdite in attrito.Che ne pensi? Stai facendo qualche prototipo?
Io sto pensando di fare qualche prova con un sistema simile per vedere il rendimento rispetto a uno tradizionale di pari cilindrata.
Per mettere dei disegni non saprei come fare, per delle foto invece devi sfruttare gli strumenti a sinistra dello schermo dove scrivi.
Saluti

Ciao impazzitoinvolo,intanto complimenti per il nick,non è che per caso sei davvero un pilota di qualcosa?Perchè io sì,sarebbe proprio un caso fortuito trovare un appassionato di volo e di produzione di motori alternativi..ehheeheh!
Comunque per la cremagliera,guardando i cataloghi dicono che ha un rendimento meccanico del 99% quindi in attrito non perderesti nulla,per il rumore e l'usura hai ragione,ma infatti deve essere fatta funzionare a basse velocità e tanta coppia.
Per la soluzione che dicevi tu invece hai solo il vantaggio di non costruire una valvola a cassetto e di fasarla,e le dimensioni un po' più compatte,ma avresti comunque il broblema della quadratura della biella,da quel punto di vista guadagneresti pochissimo rispetto ad una biella tradizionale. In più tieni conto che ad ogni giro il sistema cilindro pistone si muove e non di poco e il tutto ha una massa non indifferente,quindi altra energia spesa per vincere l'inerzia del sistema pistone cilindro.
Penso proprio di provare a costruire un prototipo,anche se non so quando perchè ho altre mille idee per la testa,alcune in fase di costruzione (sempre meccaniche ma che non riguardano la produzione di energia).
Fammi sapere anche tu se provi a costruire qualcosa.......ciao

Ciao Steam:
Intanto grazie dei complimenti, infatti ho la passione dell'aeromodellismo dinamico sia a scoppio che elettrico, e anche alianti, e giustamente non potevo non trovare interesante questa tipologia di motori ad aria calda, anche perchè sono da sempre appassionato di energia di ogni genere.Che di meglio del motore stirling per sruttare delle differenze di temperatura, anche bassissime per generare energia?
A che ti dedichi tu nella passione del volo?

QUOTE (steam1981 @ 21/10/2007, 13:48)

Per la soluzione che dicevi tu invece hai solo il vantaggio di non costruire una valvola a cassetto e di fasarla,e le dimensioni un po' più compatte,ma avresti comunque il broblema della quadratura della biella,da quel punto di vista guadagneresti pochissimo rispetto ad una biella tradizionale. In più tieni conto che ad ogni giro il sistema cilindro pistone si muove e non di poco e il tutto ha una massa non indifferente,quindi altra energia spesa per vincere l'inerzia del sistema pistone cilindro.

Concordo con le masse ma devi tener presente che se la biella la fai il più lunga possibile l'angolo di lavoro del pistone di potenza diventa piccolissimo, e, come in questo modo azzeri quasi completamente gli attriti laterali del pistone sia in spinta che in trazione, potresti anche permetterti di fare il cilindro e pistone con masse molto più ridotte riducendo drasticamente i cinematismi.
Ho già preso dei tubi economici cromati interni abbastanza precisi, e farò qualche prova economica per avere dei risultati "in mano".Nel frattempo sto continuando nelle ore perse al lavoro la costruzione di uno stirling di dimensioni più serie.Apena ho qualcosa di concreto inserirò delle foto.
Saluti

Mah....anche se avessi una biella infinitamente lunga risolveresti solo il fattodegli sforzi laterali del pistone come hai detto tu..meno attrito ed è corretto.Ma la coppia è il risultato di "forza per braccio"la forza è data dalla pressione interna del cilindro che preme sulla testa del pistone e su questo non ci piove, il braccio è l'albero a gomiti ma è continuamente variabile, si azzera addirittura nei punti morti superiore ed inferiore, ed è massimo quando il pistone è a circa metà corsa, il resto fa media.Quando il "braccio"è massimo, naturalmente corrisponde con la misura della "manovella". Nel sistema che dico io,a parità di forza esercitata dal pistone, il braccio è perennemente massimo e corrisponde al raggio della ruota dentata"unidirezionale" che è calettata all'albero motore,dal punto morto superiore a quello inferiore il "braccio" rimane costante, vuol dire che(mettiamo per esempio che sia un motore ad aria compressa monocilindrico)...a parità di pressione immessa,di corsa del pistone, e naturalmente di diametro del pistone, il motore a cremagliera sarà in grado di erogare quasi il doppio di potenza rispetto al motore con biella tradizionale. In teoria non fa una piega ci metto la mano sul fuoco, ma devo assolutamente costruirne uno!!

Per quanto riguarda il volo,sono pilota di parapendio e volo sfruttando le correnti di aria calda come gli uccelli veleggiatori, e lì ho l'incredibile prova dell'energia del sole che riscaldando il terreno fa partire delle bolle di aria calda che salgono e a volte sono più forti di qualunque ascensore meccanico!!!
Ciao

Mi aggiungo pure io all’interessante tema, anche se purtroppo non ho una cultura meccanica. Sperando di non essermi perduto nulla delle vs considerazioni, come pensate di risolvere il problema dell’inversione del moto del pistone nel cilindro (in maniera dolce come permette l’accoppiamento biella-manovella)? Per quel che riguarda la biella infinita ed i suo vantaggi/svantaggi, il discorso della limitazione delle spinte laterali del pistone sulla parete del cilindro è attualmente risolto dai molti costruttori disassando il cilindro rispetto alla verticale della biella.
Ciao.

Ciao 2007 e bentrovato:

QUOTE (2007 @ 23/10/2007, 13:17)

il discorso della limitazione delle spinte laterali del pistone sulla parete del cilindro è attualmente risolto dai molti costruttori disassando il cilindro rispetto alla verticale della biella.
Ciao.

Questa sarebbe una soluzione valida per un motore endotermico che sfrutta solo la compressione dopo l'espansione del carburante, nel caso dello stirling hai sia la compressione che ti spinge il pistone ma hai anche la depressione che te lo "risucchia", allora la cosa migliore è che sia il tutto bene in asse.
Per la biella non volevo proprio farla infinita ma volevo restare in valori di angolazioni accettabili, esempio , nel mio LTD con biella di 8cm l'angolazione massima sarà di 3 (tre) gradi.SU un pistone di lavoro di uno stirling da ricavarci dell'energia credo che se restiamo al di sotto dei 30 gradi sarebbe una bella cosa, si avrebbero pochi sprechi in sforzi laterali e di conseguenza usure limitate.
Non eliminerei comunque il discorso dell'unidirezionale, vettorialmente sarebbe la soluzione più redditizia.
Ho trovato in una casa di pneumatica dei guidastelo di diverse misure, ne ho comprati un paio e provati su degli alberi rettificati e devo dire che scorrono a meraviglia, penso proprio che li userò per le tenute dello stelo del displacer, vi farò sapere.
Saluti
Gustavo

Ciao Steam:

QUOTE (steam1981 @ 22/10/2007, 19:16)

CUTTONE....
Nel sistema che dico io,a parità di forza esercitata dal pistone, il braccio è perennemente massimo e corrisponde al raggio della ruota dentata"unidirezionale" che è calettata all'albero motore,dal punto morto superiore a quello inferiore il "braccio" rimane costante,
.....

Giustissimo, sono d'accordo e ho capito il principio, ma devi tener presente che la pressione, e depressione, non cel'hai sempre costante nella camera del cilindro di lavoro, anzi, quando ti trovi il pistone lavoro al pmi e al pms le pressioni sono NULLE a causa che il cilindro dislocante, esendo sfasato di 90gradi, si trova in questi due casi al centro della sua corsa, e cio'è in mezzo tra la camera calda e quella fredda, e accresce o diminuisce la pressione a seconda del senso di spostamento del displacer solo nello spostamento dello stesso dal centro verso le diverse camere.
Per sfruttare bene il sistema a cremagliera a braccio costante bisognerebbe che nel momento dell'inversione del cilindro di lavoro il displacer cambiasse camera velocissimamente in modo di avere immediatamente la variazione di pressione.Magari si potrebbe fare con qualche tipo di attuatore lineare o con qualche leverismo particolare ma diventerebbe troppo complesso.
Spero di essere stato chiaro.javascript:;

Saluti
Gustavo

Grazie Impazzitoinvolo, in effetti per me sei troppo avanti ed io ero andato fuori argomento riferendomi all'endotermico. In bocca al lupo per le Tue realizzazioni!
Ciao

In effetti...mi sono già ricreduto sull'efficacia del sistema.....in teoria non fa una piega,ma credo che nella pratica i vantaggi che si ottengono non riescono a superare i problemi come rumore e usura, cercando nel web ho scoperto che i veri inventori del motore a scoppio sono stati due italiani:Barsanti e Matteucci e non il tedesco Otto. SOlo che per problemi di brevetti non sonon riusciti a portare avanti le vendite e infine Barsanti morì precocemente di malattia......comunque il fatto è che il loro motore non utilizzava una biella ma una cremagliera con l'ingranaggio unidirezionale proprio come intendevo io. Ebbene, se questo sistema era conosciuto e collaudato fin dagli inizi dei motori...e ora si usa solamente la biella.....beh vorrà dire che hanno capito che è più conveniente, nonostante il fatto che con la cremagliera si ha la massima coppia.
Quindi non mi ci metto neanche a provare a costruire il prototipo.
Ciao a tutti

dovete semplicemente diminuire gli attriti e usare una biella madre come i grossi motori navali..oppure usare un piano inclinato come asse di rotazionesu cui sono accoppiatii pistoni tramite snodo sferico.il moto viene trasfornato direttamente da alternato in rotatorio tramite il piano inclinato mobile con l'accoppiamento inclinato fisso su cui e' l'albero motore..il motore su cui e' stato usato e. stato fatto dai ragazzi di un istituto di ravenna con l'aiuto del prof.farneti. si chiama t.e.b.e.io l'ho spiegato malissimo scusatemi
ettoiffi

Ciao a tutti
Ciao ettoiffi bentrovato.
Il piano inclinato lo chiamerei piatto inclinato,...gli anglosassoni lo chiamano "wobble yoke" che può essere realizzato anche tramite leve. Mi dispiace per il professore e gli allievi dell' istituto di Ravenna, ma è un dispositivo molto usato negli stirling "seri", la ditta Whispergen lo utilizza da tempo...Pertanto non hanno inventato nulla...Qui di seguito i link relativi anche con una bella animazione del "piatto".

Teoria e funzionamento PDF

Animazione

Per quanto riguarda la cremagliera collegata direttamente ad un pistone, anni fa vidi un brevetto di un motore diesel a due tempi a iniezione che usava un sistema analogo.

Non ultimo quello su cui state discutendo è roba trita e ritrita già discussa tempo fa, prima di aprire nuovi thread leggete i vecchi...!!!

Salutoni
Furio57

Edited by Furio57 - 3/1/2008, 02:44

CITAZIONE (Furio57 @ 2/1/2008, 22:26)

Ciao a tutti
Ciao ettoiffi bentrovato.
Il piano inclinato lo chiamerei piatto inclinato,...gli anglosassoni lo chiamano "wobble yoke" che può essere realizzato anche tramite leve. Mi dispiace per il professore e gli allievi dell' istituto di Ravenna, ma è un dispositivo molto usato negli stirling "seri", la ditta Whispergen lo utilizza da tempo...Pertanto non hanno inventato nulla...Qui di seguito i link relativi anche con una bella animazione del "piatto".

Teoria e funzionamento PDF

Animazione

Per quanto riguarda la cremagliera collegata direttamente ad un pistone, anni fa vidi un brevetto di un motore diesel a due tempi a iniezione che usava un sistema analogo.

Non ultimo quello su cui state discutendo è roba trita e ritrita già discussa tempo fa, prima di aprire nuovi thread leggete i vecchi...!!!

Salutoni
Furio57

no il cinematismo e' completamente diverso..questo e' il link . http://www.itisrn.it/successi.php .. quello che hai postato tu secondo me e' solo una inutile complicazione..con tutte quelle leve e snodi che necessitano lubrificazione..si potrebbe per esempio usare la camera di manovella separata dallla presa di moto come sul'ultimo motore 50 cc honda per muovere la pompa dell'acqua...ciao ettoiffi

Ciao a tutti

CITAZIONE (ettoiffi @ 3/1/2008, 19:03)

...no il cinematismo e' completamente diverso..questo e' il link . http://www.itisrn.it/successi.php .. quello che hai postato tu secondo me e' solo una inutile complicazione..con tutte quelle leve e snodi che necessitano lubrificazione...

Caro ettoiffi non mi pare che il cinematismo sia diverso anzi è lo stesso principio del piatto inclinato (swash plate) successivamente elaborato come ha fatto Whispergen con il wobble yoke. Considera che l'istituto tecnico ha presentato una idea di un possibile funzionamento, Whishpergen lo produce e lo commercializza da anni con successo, è tutt'altra cosa...fra il dire ed il fare...




Salutoni
Furio57

Edited by Furio57 - 4/1/2008, 12:44

Ciao Furio, sei sicuro che la Whispergen lo produca e che funzioni bene? Nel senso che sia anche efficiente? Perchè io di pecche già a prima vista in un motore così ne vedo tante, in linea di principio potrebbe anche funzionare, voglio dire, siamo sicuri che renda di più di quello che potrebbe fare un motore a scoppio a gas, perchè va a gas quello se non ho capito male...

Ciao a tutti

CITAZIONE (Lawrence @ 4/1/2008, 15:41)

Ciao Furio, sei sicuro che la Whispergen lo produca e che funzioni bene? Nel senso che sia anche efficiente? Perchè io di pecche già a prima vista in un motore così ne vedo tante, in linea di principio potrebbe anche funzionare, voglio dire, siamo sicuri che renda di più di quello che potrebbe fare un motore a scoppio a gas, perchè va a gas quello se non ho capito male...

Ciao Law sì mi risulta funzioni molto bene, comunque genera energia elettrica in grid connection recuperando il calore dello scaldabagno che è all'interno di tutto l'apparato.

Salutoni
Furio57

Ecco, la mia perplessità sta proprio in quello. Cioè se io ho gas da bruciare e calore da impiegare allora un motore normale a ciclo otto è meglio di quell'accrocchio. Perchè ottento un rendimento molto maggiore usando il calore prodotto post combustione arrivo fino ad un buon 95% dell'energia termica fornita dalla combustione del gas. Con quello stirling non saprei. Occorre considerare il sistema produttivo non nelle condizioni migliori, ma a regime variabile di produzione e di carico, la durata fisica del marchingegno ed il costo vivo...
Poi, una delle perplessità tecniche che mi vengono in mente ora è: Ma non si riscalda tutto dopo poco, raggiungendo temperature da rottura fisica del motore? Se la camera di combustione è interna...
E poi, ma se uno stirling è utile perchè funziona recuperando calore da una fonte esterna ha senso fare uno stirling che usa una fonte di altro tipo?

Per me ha senso fare uno stirling che utilizzi fonti energetiche "direttamente" perchè il suo rendimento teorico è intrinsecamente superiore a quelli attualmente utilizzati.
Nei gas di scarico e nel raffreddamento dei motori a ciclo otto si perde solo il 5%?

No, non il 5% chi lo ha detto? 100%-95%=5% diperso in aria ma nel caso di motori grossi e che si usi la cogenerazione. Mi spiego meglio.
Nel caso di motori a ciclo otto a gas il 30% della totale energia termica da combustione viene convertita in energia meccanica all'albero e convertita ancora in energia elettrica dal generatore. Un buon 55% in energia termica nel liquido di raffreddamento, un 10% in energia termica e pneumatica nei gas di scarico, ed un 5% che non è proprio possibile recuperare e quindi dissipata via.
Queste percentuali possono variare di qualche punto percentuale a seconda di variabili, come combustibile e tipo del motore.
Naturalmente se non si usa cogenerazione il 70% viene buttato via.
Che gli stirling abbiano un buon rendimento non significa che abbiano un buon rendimento in assoluto. Hanno un buon rendimento di ciclo con bassi salti di temperatura. Cosa diversa e non comparabile con un motore a scoppio che brucia un combustibile adeguato.
Ora, se si parla di combustibili provenienti da fonti alternative o no, fisicamente il discorso non cambia.
Il fatto che un motore stirling sia "ecologico" lo lega allo sfruttamento dell'energia sottoforma di calore che non può essere impiegata in altri tipi di motori in modo efficiente.
Uno stirling a legna non è detto che sia più efficiente e più ecologico di un motore a benzina. Non so se mi spiego.

Azz! In effetti non avevo mai pensato in questi termini. O meglio, l'energia termica in eccesso, come la sfrutti? Certo in cogenerazione, tutto va benissimo, ma io penso alla pura produzione di energia. Quindi in questo caso, lo stirling è più efficiente, e se ne possono mettere alcuni in cascata.
E sopratutto con lo stirling ci posso bruciare qualsiasi cosa. Pensa ad una crisi petrolifera, secondo me molto prossima. Avendo uno stirling, pure piccolino, sarei l'unico ad avere energia elettrica disponibile.
Con un motore a ciclo otto o disel, no.
Beh il disel si potrebbe far andare a olio di oliva, ma....

Scusa Lawrence ma con i numeri che citi non mi ci ritrovo proprio, ne nel caso ideale e peggio nel caso reale. Neppure nel caso cogenerativo.
Proverò a tirare fuori qualche appunto e fare qualche modello, ma sono molto pessimista.

Esattamente nel caso della cogenerazione. Una casa bene o male la devi riscaldare o raffreddare, usare solo la corrente elettrica del generatore vuol dire usare solo il 20/30% delle risorse del combustibile gettando il resto. Se usi l'energia elettrica solo dove serve effettivamente e se usi il calore prodotto dal motore che normalmente viene buttato in aria per condizionare la casa o nel condominio, allora devi inserire nel rendimento anche quello.

È vero che con un motore stirling riesci a sfruttare il calore da dovunque venga, tipo da un concentratore solare o da un sistema termico qualsiasi in barba alle crisi petrolifere, cosa che se non hai un buon combustibile non puoi fare con un motore a combustione interna... ma... resta opinabile e da dimostrare che il rendimento pratico di uno stirling sia superiore ad un motore a moderno. Anzi, io ho idea che tutte queste affermazioni siano un pò bufaliche.

Chiappolele, i numeri che cito sono dati forniti da qualunque ditta costruittrice di motore per cogenerazione, e facilmente dimostrabili. Un motore a scoppio piccolo per autotrazione ha un rendimento del 25% che sale fino al 30/35% se è turbo, a pieno regime a pieno carico. Un motore di dimensioni medie, che so un dodici cilindri turbo da 640KW per esempio si attesta intorno al 40%. Un motore del genere ma 50MW (si, 50 megawatt) può avere un rendimento del 60% Ma sempre a pieno carico a pieno regime e questo è importante. La cogenerazione ha un rendimento inferiore del 10/20% dell'energia residua sviluppata in calore. Il resto non si può fare a meno di gettarlo.
I casi possono sicuramente essere peggiori e a meno che non si possa evitare lo saranno. Sicuramente non saranno migliori...

Prima di buttarmi sui conti della serva vorrei fare due considerazioni.
Con rendimento termodinamico intendiamo quanta percentuale del calore fornito viene trasformata in energia meccanica.
Se per definire la conveninza in sé di un motore si tira in ballo la cogenerazione si va su una questione di lana caprina dato che diventa di interesse il profilo del carico elettrotermico da soddisfare, ad esempio se volessi definire il rendimento (in termini di soddisfazione del carico) nel caso di un carico termico superiore a quello che possso soddisfare potrei attaccare alla parte meccanica una pompa di calore ed ovviamente avere + energia termica di quella inizialmente introdotta.
I cicli sono i cicli e non ci si può fare niente poi come un sistema li sfrutti....
Anche se lo stirling non ha mai perso di interesse in ambienti accademici e no è indubbio che i motori a CI godono un vantaggio in termini di esperienze (unità sviluppate e prodotte).
I dati dei costruttori sono da prendere con le molle (mi sembra di avere sentito di un'indagine per verificare l'attendibilità dei consumi dichiarati per la autovetture anche se è vero che le prove sono svolte sotto condizioni normate e particolari).
è vero che i motori compressi a 2 tempi diesel sono molto efficienti ed esiste un effetto scala, ma trovo che 60% sia + che ottimistico, cercando ho trovato solo (e mi sembra già tanto) :http://www.autoblog.it/post/4986/il-piu-potente-motore-diesel-del-mondo
No sò se per lo stirling valga la stessa legge di scala oppure per assurdo inversa, ma vedendo questo ho buone speranze:http://sbir.gsfc.nasa.gov/SBIR/successes/ss/3-115text.html
Attraverso i post è sempre difficile intendersi :-)

Si, esattamente la taglia di motore è quella per avere rendimenti così elevati. Ma anche da turbine a vapore saturo da qualche GW.
Se rileggi i miei post trovi che specificatamente parlo di energia termica o da cogenerazione o trigenerazione che influenza il rendimento totale del motore che altrimenti sarebbe del 25%/35% altrimenti. Il rendimento delle autovetture non è paragonabile con lo stesso rendimento di un motore grosso da generazione di energia. Perchè i carichi nel caso automobilistico sono molto variabili e così pure il regime di rotazione che nel caso dei motori da generazione è fisso.

Per il motore stirling venduto alla NASA, si tratta di uno stirling da 35W con un rendimento del 30% dal costo spaventoso. Certamente con l'andar del tempo tecnologie meno proibitive per gli impieghi civili potrebbero essere sviluppati, ma campacavallo... Poi ripeto, se si ha un concentratore solare che alimenta un motore stirling è una cosa, altra invece se si brucia gas, petrolio, legna, spazzatura, sucere, mogli o politici rognosi, per farli andare.

Buongiorno a tutti.
Scusate l'intromissione. Cercavo un forum che trattasse proprio questo argomento ma riferito ai motori endotermici. Sapete darmi qualche indicazione? Comunque ho letto i vostri interventi e credo di avere un'idea che potrebbe fare anche al caso vostro. Se vi serve trasformare un moto armonico altrnato in un moto circolare uniforme, io ritengo che si possa fare senza dovere necessariamente ricorrere alla biella.