Nuova architettura stirling.. forse

[IlioM]

Scusate forse non ho calcolato qualcosa.. forse sono troppo presuntuoso.. oppure completamente matto da legare , ma da un po' di tempo ho una (mezza) idea su una NUOVA architettura di stirling gamma a basso attrito interno con un rendimento migliorato, e dato che con le parole non sono bravo ho fatto un'animazione, molto schematica. Ho anche qualche idea per tenuta ed affini. Ditemi cosa ne pensate. Grazie (scusate l'insolenza!)

[amir]

Ciao IlioM,
a mio avviso potrebbe funzionare;
come pensi di lavorare precisi il "cilindro" (toroide?) di potenza ed il pistone?
Perché "a basso attrito interno"?
"Rendimento migliorato" rispetto a cosa, e mediante quale accorgimento?

Complimenti per l' originalità dell' idea.

amir

PS: è possibile rallentare la animazione? Così per me è molto difficile da seguire.

a

[IlioM]

Allora non sono proprio matto!! scherzi a parte..
1) le camere toroidali sarebbero il meglio per quel che riguarda la tenuta, ma sono di difficile costruzione per un vantaggio minimo.. molto meglio sezioni quadrate per il "cilindro" di potenza e rettangolari per la camera si espansione.
2) a basso attrito interno perché con lo stesso attrito di uno stirling ne ho 2
3) Rendimento migliorato perché il dislocatore rimane in posizione favorevole più a lungo.
Dovrebbe/potrebbe anche essere autoinnescante..
Questa è una parte di quello che credo di aver buttato giù, sempre nella mente malata .

Per l'animazione puoi vedere tutti i fotogrammi con Irfanview --> opzioni -- estrai tutti i fotogrammi
google irfanview

[amir]

Allora non sono proprio matto!! ...
1) le camere toroidali sarebbero il meglio per quel che riguarda la tenuta, ma sono di difficile costruzione per un vantaggio minimo.. molto meglio sezioni quadrate per il "cilindro" di potenza e rettangolari per la camera si espansione.
2) a basso attrito interno perché con lo stesso attrito di uno stirling ne ho 2
3) Rendimento migliorato perché il dislocatore rimane in posizione favorevole più a lungo.
Dovrebbe/potrebbe anche essere autoinnescante...

Matto no ma originale parecchio sì!
1) Sono curioso di sapere come intendi fare le tenute per il "pistone" quadrato...
2) Tu sei uno che vede il bicchiere mezzo pieno eh?
3) Sì e no, perché rimanendo in posiz. favorevole più a lungo, dopo il gas dovrà avere una escursione termica maggiore, questo punto è da studiare meglio; forse quegli arresti bruschi sono dannosi. Una molla di fine corsa?
4) Forse può partire da solo, a valutare questo punto non ci avevo pensato proprio.

amir

[IlioM]

per la tenuta del pistone ho una idea.. non so quanto buona.. ma la vorrei dire in seguito.. hai visto mai che funzionasse il motore!
comunque bisogna andare a tolleranze basse.
L'escursione del gas dipende molto dal delta di temperatura applicato... e spero che possa funzionare con delta relativamente piccoli, e cmq "è l'anima del commercio".
Per l'arresto del dislocatore non mi preoccuperei.. mi piacerebbe mettere dei quarzi piezoelettrici per i recupero dell'energia, se no finecorsa ad aria.. non credo sia un problema.
Comunque quello nell'animazione è solo uno schema ci sono "orrori" credo evidenti.
Ciao

[amir]

... spero che possa funzionare con delta relativamente piccoli, .
Comunque quello nell'animazione è solo uno schema ci sono "orrori" credo evidenti...

1) Da quello che si legge, il rapporto Volume Dislocato/Volume Cilindro di Potenza, in motori a basso differenziale di temperatura, deve essere molto alto.
2) Evidenzia per piacere i due o tre orrori che ti sembrano più orrendi...

amir

[IlioM]

dato che i "cilindri" sono diversi, addirittura uno può essere a sezione rettangolare mentre l'altro a sezione quadrata (quello di "potenza") i volumi posso essere qualsiasi.
L'"orrore" più grande è che i bracci del dislocatore attraversano tutto il motore.. ma questo l'ho già risolto.

[IlioM]

Ovviamente, per chi non avesse colto, il "pistone" di potenza in giallo e il dislocatore in grigio possono sempre essere legati a un albero con biella/manovella sfalsati di 90° come in un normale stirling

[IlioM]

Non si finisce mai d'imparare, per la tenuta del pistone di potenza si potrebbe usare una "guarnizione" magnetica a ferrofluido come descritto in questo post

[IlioM]

Scusate forse non ho calcolato qualcosa.. forse sono troppo presuntuoso.. oppure completamente matto da legare , ma da un po' di tempo ho una (mezza) idea su una NUOVA architettura di stirling gamma a basso attrito interno con un rendimento migliorato, e dato che con le parole non sono bravo ho fatto un'animazione, molto schematica. Ho anche qualche idea per tenuta ed affini. Ditemi cosa ne pensate. Grazie (scusate l'insolenza!)

PS. mi sono accorto che per vedere l'animazione bisogna cliccarci sopra. L'anteprima è statica.

[DADODAVE]

Tanto matto non mi sembri, oppure al punto giusto, mi hai fatto vanire un idea, da bambino avevo visto delle ampolline che mettendogli sotto la mano trasferivano il liquido interno(cos'era' booo) in un'altra ampolla comunicante.
ora se prendessimo una bilancia 0----|-----0 <---- quello e' lo schema eh e riempissimo di un liquido una palla la bilancia si troverebbe in disequilibrio.
applichiamo calore alla bolla bassa, il liquido interno si scalda si trasferisce nell'altra bolla (il perno centrale e' l'albero motore da cui traiamo l'energia) e via di nuovo inversamente-
ora domanda qual'e' il liquido migliore per far cio'?
2 il liquido esterno per scaldare e trasferire a quello interno calore dovrebbe essere messo in un tubo a U alle cui estremita ci sone le vaschette che conterrebbero alternativamente le ampolle (sfere)
3 eventualmente le 2 palle (che fungono da bilancia) potrebbero essere collegate tra loro da un tubo e invece di trasferire il liquido potrebbero spingere un cilindro da una parte all'altra e far fare a lui da greve per cambiare equilibrio (un paio di magneti al respingenti per evitare la posizione di equilibrio)
4 quando le sfere sono nella parte alta dovrebbero appoggiarsi a un bel dissipatore di calore per rinfrescare la palla (se nella configurazione con cilindretto come greve altrimenti non e' necessario nemmeno quello.
ovviamente il liquido esterno nella ' U ' lo scaldiamo con un pannello solare

[DinoDF]

Sì bello, ma quanta energia al m³ puoi ricavare? ricorda che l'energia è potenziale in questo caso... Può andar bene per dei modellini, ne trovi un sacco su youtube, ma non per produrre energia in grande quantità

[DADODAVE]

Sì bello, ma quanta energia al m³ puoi ricavare? ricorda che l'energia è potenziale in questo caso... Può andar bene per dei modellini, ne trovi un sacco su youtube, ma non per produrre energia in grande quantità

eh eh al m2 abbiamo tra 2 e 5 kw (fonte per es: Mappe di irraggiamento solare per impianti a pannelli solari fotovoltaici)
)
ora qualunque sistema ci inventiamo parte da qui (ci traiamo energia elettrica, calore per riscaldamento, sanitari ecc....) ora con 15-20 m2 di pannello termico (cosi' evitiamo anche la penuria di silicio)) se facciamo le cose per benino dovremmo cavarci fuori TUTTO cio' che serve a una abitazione per 4 persone (energia elettrica inclusa (all'enel hanno gia' assoldato un killer )) si tratta solo di cogitare un sistema di accumulo economico, dimensionalmente piccolo, affidabile con poca o nulla manutenzione e di cooproduzione di energia elettrica con il massimo rendimento... (mi sa' che le turbinozze a vapore sono le piu' meglio assai, ma alla fantasia non c'e' limite).

per quello che riguarda gli usi industriali mi sa che il sistemino che pensava un certo rubbia , un bravo ragazzotto, potrebbe funzionare...(anche se io ci vedrei bene oltre alle wind farm off shore anche un mix di coo produzione con pannelli solari termici galleggianti, turbine sommerse che sfruttano le correnti sottomarine, ma nel frattempo che i grandi si scornano tra loro, i piccoli si accontentano di risparmiare sulla bolletta di gas ed elettrica, appagano il loro io ecologista e mettono in moto un volano economico per la realizzazione degli impianti (pensa a quanto e' il giro per solari, camini, stufe a pellets ecc ecc..) (se aumentasse anche un poco per microeolico , stirling, microturbine a vapore ecc.. ecc.. non sarebbe male).

[DinoDF]

Io ho scritto metro cubo, non metro quadro... il tuo sistema è un po' come il rotacolasoda (in un altro thread trovi il principio di funzionamento) l'energia utile alla movimentazione è data non dall'energia assorbita ma dall'energia cinetica del liquido spostato, è la forza di gravità che fa muovere il motore, se non ci fosse il motore non si muoverebbe... In pratica ha un rendimento basso per metro cubo occupato.

[SE-POL]

ma dall'energia cinetica del liquido spostato, è la forza di gravità che fa muovere il motore,

Per non fare troppa confusione mi pare che l'energia di cui parli non è l'energia cinetica, ma l'energia potenziale, cioè l'energia che necessita una massa per solleversi di x metri in un campo gravitazionale. Del resto hai ragione, il problema è che con il sistema di DADOVE l'energia solare viene prima trasformata in energia potenziale e poi trasmessa al motore. E come dici tu sarebbero necessari metricubi di liquido per trasformare tutta l'energia solare in energia potenziale, anche se per dare l'idea sarebbe meglio parlare di tonnellate !!!!

[DinoDF]

SE-POL hai perfettamente ragione, nella fretta ho scritto male :-)
Ribadisco che il concetto è corretto e che molto probabilmente, anzi certamente, il motore funzionerà!

[Stranamore]

Io ho qualche dubbio. Dal 2D non riesco a vedere differenze di sezione o pressione che dovrebbero giustificare il moto del pistone di potenza. Puoi postare un 3D che spieghi anche la disposizione nello spazio?
Così come è adesso non è evidente e non riesco neanche a capire dove tu possa fare tenuta.
In ogni caso la tenuta strisciante va fatta su tutti i bordi che dividono gas a pressione diversa. Se vai a sommare i perimetri dei tuoi toroidi ti verrà presto fuori una lunghezza esorbitante. Non potendo poi contare sulla pressurizzazione ad opera gas (le divisioni tra camere non sono ben definte come in un anello di un pistone) dovrai precaricare le tenute con una molla. Tale molla ha il difetto di agire creando attrito per tutto il ciclo motore, mentre la pressurizzazione delle fasce ad opera gas crea grande attrito solo nelle fasi ad alta pressione, cioè quando la tenuta serve davvero.
Insomma, i motori rotativi sono concettualmente belli, ma laddove servano poi tenute sono in netto svantaggio sui pistoni. Lo stesso effetto lo si ha sui Wankel. Non si è mai diffuso per problemi di tenute, che ne hanno sempre compromesso la affidabilità ed il rendimento.

[IlioM]

per DADODAVE: far lavorare liquidi credo che sia estremamente più complicato e meno efficiente per la loro quasi incomprimibilità, quando si parla di scambi di calore, per non parlare di trasformazione dell'energia.
Per Stranamore: Non so se questa architettura si possa prestare a motori di grande potenza, vale a dire grandi delta T, quindi con alte temperature ed evidentemente grandi delta di pressione che presuppongono grandi tenute. Comunque, per vedere di essere più chiaro, ho "solo" accoppiato 2 stirling i cui dislocatori scorrono in due semi tori divisi mentre il pistone di potenza "ad àncora" scorre in un unico toro la cui tenuta dovrebbe essere garantita da ferrofluido per magnetismo o mercurio per gravità.
Ho già in mente molte modifiche importanti, tipo il rigeneratore, dato che mi è stato fatto notare che questa è la vera caratteristiche dello stirling. La cosa che un po' mi rammarica è che questa critica (costruttiva) mi sia stata fatta al di fuori di questo forum. Comunque grazie a tutti (quelli che sono venuti a messa) :-D

[Stranamore]

Guarda che anche la mia è costruttiva. Ti segnalavo solamente possibili criticità. Non conosco il ferro fluido, ma il mercurio è velenosissimo e oramai vietato perfino nei termometri. In ogni caso la sua densità avrebbe fatto lo stesso effetto delle tenute pressate.
Diciamo che per un Low Dt anche gli scarti dalla pressione media sono bassi quindi ti basta una tenuta a tolleranza. Però devi comunque prevedere lavorazioni precise e costose.
Per il rigeneratore sinceramente io non l'avevo proprio citato perchè non c'è nulla da criticare sulla sua assenza. In molti motori è addirittura dannoso, in particolare per i low Dt. Perchè in un low dt le differenze di pressione sono basse e quindi anche il piccolo Dp dovuto alla resistenza fluidodinamica del rigeneratore può rendere il motore non funzionante. In ogni caso un effetto "rigeneratore" è sempre presente ovunque un gas percorra avanti ed indietro lo stesso percorso ed è dovuto all'inerzia termica delle pareti. Peraltro ci sono anche dei criteri di dimensionamento delle pareti stesse che massimizzano questo effetto. Il vantaggio è di avere un minimo effetto rigeneratore senza le perdite di carico di uno vero e proprio.

[Stranamore]

E comunque la mia richiesta di avere un 3D era solamente perchè a vederlo così nell'animazione il pistone di potenza è diviso in due semitori i quali hanno le due facce sempre esposte alla stessa pressione. Quindi non mi risulta evidente dove sia il deltaP che dovrebbe muoverlo. Anche se il displacer sposta il fluido di qua e di la e questo sale e scende di pressione non riesco a capire come questa pressione dia luogo a forze differenziali.
Da qui il dubbio e la richiesta del 3D. Ma non escludo che possa trattarsi solamente di mia disattenzione.

[IlioM]

vediamo un po' di dirlo in altre parole... i dislocatori uniti si muovono in due "cilindri" torici (che poi saranno a sezione rettangolare.. vabbè) uno a sinistra come una parentesi aperta "(" e uno a destra come una parentesi chiusa ")" in queste due camere il gas (elio!?) alternativamente ed in maniera contrapposta, si espande e si contrae. Queste due camere sono unite da una terza camera torica (che poi sarà di sez. quadrata) fatta ad "U", dove un "pistone ad àncora" viene mosso dal delta P esercitato sulle facce contrapposte dalle due camere "(" e ")".. e qui, oltre che sui bracci del dislocatore, dobbiamo creare una "tenuta". Credo che si possa realizzare inserendo un liquido tra "cilindro" e "pistone" trattenuto in loco da gravita o dal magnetismo e forse dalla semplice tensione superficiale. A proposito hai da suggerirmi un programma semplice per fare il mio nuovo progetto in 3D?

[SE-POL]

Ci ho pensato bene sulla tua idea, il funzionamento della macchina è un pò difficile da capire, ma l'ho visualizzato e senza dubbio fa un ciclo stirling, ma in questo momento ho anche notato un grosso svantaggio costruttivo che credo sia molto difficile da superare. E' evidente proprio dal disegno in sezione che hai allegato, le parti in movimento hanno una grossa sezione trasversale e quindi un fattore inerziale molto superiore ad un motore stirling a pistoni, e sempre analizzando il tuo disegno le sezione delle camere dove si sposta il gas sono molto ridotte rispetto alla sezione circolare del motore che hai disegnato, quindi a parità di cilindrata avrai un ingombro del motore molto maggiore in confronto ad uno stirling gamma a pistoni. Ma ti capisco quando abbiamo un'idea rivoluzionaria tendiamo a esaltare i vantaggi, e a minimizzare gli svantaggi. Complimenti per l'idea di mettere due cicli stirling in controfase, l'ho avuta anche io. Ti auguro di migliorare il tuo progetto o trovare un'altra idea, in fondo gli ingredienti del ciclo stirling sono semplici: una fase di riscaldamento, una fase di raffreddamento ed una variazione di volume opportunamente sfasata. Ciao SE-POL.

[IlioM]

Grazie SE-POL, obiezioni giuste, ma non ho in mente un motore per veicoli, quindi piccolo e potente, ma un motore per tirar fuori un po' di elettricità da bassi delta T. Quindi l'ingombro non è un problema, mentre l'inerzia interna sì, specialmente se insita in masse che hanno moti alternati (dislocatore e pistone ad àncora) ed è per questo che avevo ipotizzato dei finecorsa fatti con quarzi piezoelettrici per recuperare anche quell'energia (ma non so se questa soluzione può funzionare durevolmente). Di sicuro sia il dislocatore che il pistone ad àncora devono essere il più leggeri possibile ed equilibrati (baricentro centrato). Comunque per facilità costruttiva e prestazioni sicuramente il pistone ad àncora deve avere sezione quadrata mentre bisogna valutare la possibilità di avere un dislocatore a sezione rettangolare anziché quadrata.

[Stranamore]

Adesso il funzionamento mi è più chiaro. Concettualmente funziona come il secondo motore di stirling con pistone di potenza a doppio effetto e due cilindri caldi. Adesso che ho capito (non me ne volete ma a primo colpo non ci ero riuscito) posso passare ad una fase più propositiva.
Primo togliti dalla testa le sezioni quadre. Cadresti nel problema delle tenute che prospettavo io. Infatti avevo interpretato il motore come bidimensionale con sezioni quadre e quindi tenute da fare tra tutti i lati e la cassa. PEr questo ero scettico sulle tenute. Con i pistoni tondi invece ricadi nel caso dei normali pistoni con guarnizioni ad anelli (segmenti in gergo tecnico) che non spaventano nessuno e sono equivalenti a quelle di un normale cilindro. Su questo puoi stare tranquillo. Girano motori a combustione interna con pistoni toroidali da 50 anni e tutti dotati di normali segmenti di serie.
Esempi utili:
Roundengine

YouTube - new engine

Soprattutto il secondo è molto centrato. Tra l'altro nessuno dei due ha inventato niente. I due concetti erano citati già come appartenenti alla letteratura tecnica nei miei libri di testo universotari di 20 anni addietro.
Per le tue preoccupazioni sugli urti dimentica anche quelle. Essendo il motore movimentabile con manovellismo ordinario urti non ce n'è. I pistoni si avvicinano alle testate senza mai toccarle.
Sul rigeneratore mi sono già espresso, ma se tu volessi integrarlo sarebbe semplice applicarne uno esterno. Questo ti permetterebbe di portare fuori anche gli scambiatori del tipo a fascio tubiero ed elimineresti anche i limiti di scambio termico, trasformando un concetto Low Dt in un concetto applicabile anche in alte temperature.
Per le inerzie basta fare i pistoni cavi, come cioè un tubo curvato e tappato. Se poi porti gli scambiatori fuori, rimanendo a contatto solo le due facce esterne di essi (i tappi...) in realtà potresti avere due sezioni di cilindro alte poco più delle fasce collegate da una barra curvata di piccolo diametro.
E con quest ospero di aver parlato di tutti gli aspetti del motore. Se mi verrà in mente altro lo scriverò in un momento di minore stanchezza. Ho il fuso orario da ora legale....

[IlioM]

come ho già detto il mio obiettivo è un low Dt quindi tenute di poco Dp ma sicuramente poco attrito, quindi niente fasce strisciati . Non avrebbe senso il pistone ad àncora a doppio effetto, basterebbe un cilindro cilindrico interposto tra tra i due cilindri caldi e torici tipo (--) per tornare alla similitudine con le parentesi. Il tutto avrebbe una semplificazione costruttiva anche se bisognerebbe inventarsi qualcosa che "tenga" il cilindri caldi separati. Per i fine corsa non sono preoccupato posso utilizzarli in diversi modi, vorrei utilizzare una manovellismo diverso per il dislocatore in maniera di mantenerlo in posizione favorevole il più a lungo possibile ma questo genera un andamento a scatti e quindi con il fine corsa da gestire. Devo mettere in cantiere la versione 2 con un rigeneratore molto prestante (credo) dislocatore meno grande.. spero di disegnarlo a breve. Nessuno che mi aiuta con il 3d?

[Stranamore]

Per il 3D posso consigliarti, perchè user frendly e abbastanza diffusi tra gli studenti, l'Autodesk Inventor ed il Solid Edge. Tutti e due parametrici.
Con il primo più rigoroso ed il secondo più semplice da usare e da far girare su macchine datate (1 Gb Ram basta ed avanza dove l'altro arranca con meno di 2). Con i tutorial si impara in poco tempo.

PS. Gli altri CAD tipo Catia, UG, ProE sono più impegnativi.

[IlioM]

Dopo più di un anno ecco il quello che avevo in mente. é un po' piccolo ma non so se riesco ad immetterlo di dimensioni più grandi.

Seconda animazione più grande e con ripetizione

[IlioM]

*** Sollecito rimosso. Violazione art.1 del regolamento del forum. nll ***

Comunque vediamo di inserire qualche commento in più, rispetto all'animazione.
Allora, l'architettura è formata da 2 Stirling gamma sfasati di 180°. I due dislocatori sono tra loro solidali ed incernierati al centro. La loro posizione è data da un manovellismo bistato che permette l'auto avviamento. I cilindri di potenza sono contrapposti per ridurre al massimo il volume morto. Al centro c'è un rigeneratore dinamico estremamente efficiente che permette di rigenerare il fluido senza penalizzarne il transito, più che un rigeneratore dovrebbe definirsi un semplice scambiatore. Le tenute (un rosso) sono cilindriche per i pistoni di potenza, mentre sono toroidali per la separazione dei due dilocatori. Quest'ultime possono essere sostituite da un bagno di ferrofluido in caso si basse temperature e bassi delta T, rendendo il motore estremamente facile da costruire. *** Sollecito rimosso. nll ***

[Stranamore]

Ciao IlioM. Non è per cattiva volontà che facciamo fatica ma per mancanza di tempo.
Io lo avevo guardato, ma anche con l'animazione ho fatto fatica a capire.
Forse una animazione tridimensionale ci aiuterebbe a capire di più.
Ad esempio non ho capito come agiscono i dislocatori. Per Quello che capisco hanno unb movimento angolare limitato, mentre le due sorgenti calda e fredda sono distanti. L'impressione è che il fluido potrebbe ristagnare invece di spostarsi da una camera all'altra.
Però non prenderlo come giusdizio assoluto. Potrei essere io che non ho capito. Anzi sicuramente è così. Rimando un giudizio più approfondito a quando ci avrai spiegato meglio la proposta.

[IlioM]

Ciao Stranamore. Come avevo scritto nel post 21, io faccio scorrere i due dislocatori nelle due camere, dx e sx, una forma di parentesi aperta "(" e l'altra a forma di parentesi chiusa ")". Le due camere NON sono comunicanti ovvero non si scambiano fluido. Quindi quando il dislocatore (doppio) ruota non fa altro che spostare il fluido dall'alto in basso mentre nella camera opposta avviene l'inverso. In questa 2° versione ho aggiunto i rigeneratore dinamico. Prendendo in considerazione il solo stirling di destra, la camera a la forma di una "D" dove nella parte curva ")" lavora il dislocatore mentre il fluido è "costretto" a passare verticale "|". E, dato che, nella camera di sx avviene la stessa cosa ma in senso inverso nelle 2 pareti verticali ( || ) si ha un proficuo scambio di calore.

con le parole l'abbiamo sempre fatto, con il 2D lo stiamo facendo, con il 3D ci stiamo attrezzando