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Primi passi con lo stirling amatoriale: insuccesso per ora

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  • Primi passi con lo stirling amatoriale: insuccesso per ora

    Questo è il primo post su questo forum a cui faccio i complimenti innanzitutto.
    Come si capisce sono un principiante e sto cercando di costruirmi il primo stirling gamma. Mi scuso, ho visto molti video e letto le discussioni di chi ha avuto problemi simili ai miei ma scrivo perché non riesco ancora a far partire il mio bel motore...
    Intanto un po' di foto:



    Precisazione, dalla situazione nelle foto sono cambiate alcune cose:
    Il volano è stato alleggerito a 3cd più un pezzetto di legno opposto alla biella del dislocatore. l'angolo fra il gomito del dislocatore e quello del palloncino è stato portato a 90° come sembra più logico (Il motore dovrebbe ruotare in senso antiorario). Il palloncino è stato sostituito con un sacchetto per congelare i cibi (2 strati).

    Ora passiamo ai problemi del motore. quello principale credo che sia la tenuta di pressione. il dislocatore è comandato dal fil di ferro che passa attraverso i barattoli da un foro di 2mm (lo stesso diametro del filo), il foro è stato ulteriormente sigillato da una colata di platica fusa da tappi di bottiglia (che dovrebbe essere simile al comportamento del teflon) il problema è il filo di ferro che per quanto dritto possa cercare di rendere dritto mantiene millimetriche pieghe che costringono a mantenere più grande il foro di qualche decimo di millimetro altrimenti se ne compromette la scorrevolezza. Questo scarto mi causa una pedità di potenza. La cosa strana è che vedo su internet diversi motori simili ai miei funzionare benissimo senza alcuna guarnizione ma solo col foro nel metallo.

    Il dislocatore è una lattina da 33 piena d'aria e sigillata.

    Per accorciare la corsa del dislocatore ho colato del cemento alla base delle due lattine per un altezza di circa 3cm, so che non è stata una buona scelta visto le proprietà isolanti del cemento, ma non mi veniva in mente altro materiale che potessere resistere al calore della fiamma del fornello. Ho pensato che comunque una volta arrivato in temperatura il cemento avrebbe fatto il suo dovere. Sbaglio?
    Ora il dislocatore ha una corsa di 7cm, mentre il palloncino di circa 2 (col sacchetto non ho ancora testato).
    il raccordo che porta al palloncino\sacchetto credo contenga troppa aria morta, devo riempirlo in parte con qualcosa (il diametro è di 28mm)? Quanto influisce l'aria morta sul rendimento?
    Ho trovato un post dove si diceva che dando una spinta al volano doveva fare almeno 2 o 3 giri, a me ne fa a dire tanto 3/4 di giro. Appesantirlo mi sembra eccessivo per la cubatura del motore, mah
    Suggerimenti per evitare gli attriti e facilitare l'interazione biella albero? pensavo di usare delle rondelle per far scorrere meglio il fil di ferro. Poteva essere un idea anche usare pezzi lego o meccano mer i manovellismi e i pistoni, ma non si trovano sfusi ahime, quindi biogna arrangiarsi col buon vecchio (e ostico) fil di ferro

    Scusate per le tante domande e grazie degli eventuali consigli ;-)
    La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

  • #2
    Ferie e motori

    Ciao. Complimenti perchè innanzitutto invece di andare al mare sei qui a occuparti di motori.
    Per quanto riguarda il tuo motore non sarei la persona più indicata a risponderti perchè sono troppo abituato a vedere roba industriale fatta in un certo modo. No mi sarebbe mai passato per la testa di realizzarne uno così, ma comunque cerco di portare alla causa quel poco che posso capire dalle foto.
    Volumi morti. Sono eccessivi. Il collegamento tra il cilindro displacer e quello d ipotenza deve avvenire con il minor volume possibile. Compatibilmente con le perdite fluidodinamiche. Tipicamente o attacchi il cilindro di potenza all'altro o li unisci con un tubicino in gomma di pochi mm di diametro.
    In ogni caso dev iridurre il volume morto anche all'interno del motore. Il diplacer deve arrivare a quasi toccare i fondelli del relativo cilindro.Va bene la colata di cemento, che in fondo conduce bene il calore, ma anche sui lati devi ridurre. Il gap tra displacer e relativo cilindro deve essere piccolo. Pochi decimi.
    I rapporti corsa diametro tra i due cilindri andrebbero rapportati alle temperature che intendi raggiungere. Il pistone a diaframma non è esattamente il massimo per raccogliere lavoro, ma se proprio vuoi usarlo deve essere un materiale elastico, perchè restituisce l'energia di deformazione. E a riposo deve essere teso, in piano. LA pressione deve deformarlo in un senso e poi nell'altro.
    Per gli attriti il filo di ferro non va bene. Meglio procurarsi una barretta diritta e poi forare di conseguenza. La tenuta a tolleranza non lavora solo col diametro ma anche con la lunghezza dell'accopiamento. Quindi a partire dalla barretta e dal foro puoi procedere, dopo aver dato un velo d'olio sulla barretta, a colare la plastica in modo da realizzare una specie di fodero della barretta incollato alla lattina. Il velo d'olio garantirà quel minimo di gap da lasciare poi scorrete il tutto liberamente. Se poi lo tieni lubrificato l'accoppiamento, versandoci qualche goccia d'olio prima dell'avviamento, la tenuta sarà perfetta e il tutto scorrerà benissimo. Alla barretta poi attaccherai il filo di ferro della biella.
    Però devi minimizzare i gap anche sul filo di ferro. Ad occhio gli accopiamenti che fanno da cuscinetto sono troppo larghi. Forse un filo di diametro maggiore permetterebbe accoppiamenti piu precisi e senza distorsioni. Anche li qualche goccia d'olio non guasterebbe al posto del cellophane che non credo lubrifichi granchè.
    Spero di averti dato qualche suggerimento utile. Suggerimenti presi qua e la, non prenderli per oro colato, perchè come premesso un motore fatto così non l'ho mai costruito.
    Buon lavoro e facci sapere come procede.
    Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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    • #3
      Altra cosa importante: Da qualche parte devi mettere una valvola unidirezionale, tipo valvolina pera camera d'aria di biciclette, incollata e comunicante tra l'interno del motore e l'atmosfera. Il verso deve essere quello di permettere l'entrata aria nel motore ma non l'uscita. Serve a reintegrare le eventuali perdite attraverso l'asta del displacer. In questo modo la pressione base sarà sempre l'atmosferica.
      Fai le modifiche una per una e non tutte insieme. Verifica per ogni modifica gli eventuali vantaggi o svantaggi.
      Alla fine sarai in grado, mettendo assieme tutte quelle che danno vantaggi, di realizzare un motore, magari ex novo, funzionante.
      Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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      • #4
        Innanzitutto grazie dei preziosi consigli ;-)
        Sembra che dovrò prendere in seria considerazione di rifare tutto da capo, comunque prima di buttare tutto alle ortiche volevo tentare ancora qualche piccola modifica.
        Innanzituttto si può ridurre il volume del tubo di raccordo, quello è fattibile, riempiendolo con qualcosa.
        Sostituzione del pistone a diaframma (intendi il palloncino giusto?): questo è già più difficile, viste già le perdite di pressione dal foro in alto, non vorrei aggiungercene altre, ma se hai dei consigli. Ieri sono stato in un negozio di fai da te cercando qualcosa che avesse il diametro esatto di 28mm (il diametro del raccordo) ma senza risultati, provando a farlo con la plastica colata credo otterrei pochi risultati (ne ho fatto uno in miniatura, ma ahimè quando si raffredda si restringe leggermente, il tanto che basta a perdere.
        Purtroppo per sostituire il filo di ferro con una barretta dovrei aprire il motore, che tutto sigillato con l'acciaio liquido della saratoga, il che vuol dire che a quel punto è meglio ripartire da capo.
        Per l'albero avevo intenzione di fare qualche modifica, per perdere ancora un po' di attrito e stringere appunto gli accoppiamenti. Il volano secondo te quanto dovrebbe pesare? quello che ho adesso pesa 3CD più un pezzetto di legno, ad albero scarico fa circa 4 giri con un colpetto, ma con l'albero carico appena 3/4 di giro.
        Un ultima cosa la valvolina: serve davvero se si lavora con la pressione normale dell'aria? Voglio dire, a me sembra utile quanto praticamente non ci sono perdite e si può cosi aumentare il peso del gas e di conseguenza la mole di lavoro, ma se le perdite sono abbastanza consistenti come nel mio caso non penso la pressione immessa in surplus duri più di qualche secondo.

        Grazie.
        La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

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        • #5
          La valvolina serve proprio quando si lavora a pressione atmosferica. Non serve per immettere sovrappressione (si può fare pure quello ma la struttura del motore non lo permette certo) ma serve a far rientrare aria atmosferica quando la pressione dentro scende. Questa scende proprio per le perdite perchè quando il displacer sposta il fluido dalla parte calda la pressione all'interno sale e dell'aria sfugge dagli accoppiamenti.
          Per il pistone suggerisco di ripristinare per il momento la gomma, tipo palloncino, al posto del cellophane. La sua elasticità aiuterà a non dissipare energia.
          Riempi pure il raccordo. Passaci un tubicino di diametro piccolo, 4 -5 mm, e riempi l'intercapedine con dello stucco.
          Per il volano non so cosa dirti. Senza conoscere bene i pesi del motore è difficile dare un giudizio. Ad occhio però mi sembra troppo leggero. Il fatto che a vuoto gira ed attaccato no è indice di questo. Prova ad appesantirlo.
          Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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          • #6
            Il tuo motore è quasi identico a quello che avevo fatto io (vedi video nel mio sito) la corsa del displacer di 6 cm ma ha iniziato a girare quando ho accorciato la corsa del pistone membrana a 4-6 mm, se usi un palloncino tienilo prima un po' gonfio e poi ritaglialo diventa più elastico, una idea su come migliorare il pistone membrana :
            Clicca sull'immagine per ingrandirla. 

Nome:   piston.jpg 
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ID: 1917020

            oppure puoi andare da qualunque autoriparatore e chiedere un pistoncino da freni a tamburo da buttare, smonti il tutto e con un po' di lavoro di flessibile o dremel otterrai un pistone come questo:
            Clicca sull'immagine per ingrandirla. 

Nome:   DSCN9615.JPG 
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ID: 1917021

            Il cilindro è naturalmente quello del freno dove era montato

            La valvola di recupero non l'avevo montata e il motore girava tranqullamente a 120 giri/min

            Ciao
            Alessio
            Qualche video dei miei esperimenti li trovate su:
            http://it.youtube.com/user/alessiof76

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            • #7
              Grazie mille per i consigli
              Non ho risposto fino ad ora perché ho apportato un po' di modifiche ai bracci dell'albero è devo ancora testarle, non so ancora se ho migliorato o peggiorato la situazione, ma si vedrà.
              Proverò a seguire ciò che hai detto sul pistone a membrana, e appena posso vi faccio sapere.
              Nel caso dovessi rifare tutto da capo, avevo pensato di usare delle pompe per biciclette come pistoni, ma forse in quel caso sarebbe più comodo fare un alpha, però da quando ho capito, per questi modellini amatoriali è meglio stare sui gamma, quali sarebbero di preciso le motivazioni?
              La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

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              • #8
                I consigli, espressi e sottintesi di AlessioF76 mi sembrano particolarmente centrati. Provo a riassumerli io.
                1) Montare cuscinetti in Teflon sul manovellismo
                2) Ridurre la corsa del pistone di potenza rispetto a quella del Displacer
                3) Inserire all'interno del palloncino un mezzo bicchiere capovolto, lasciando al palloncino solo il compito di fare tenuta come si vede nel disegno che ha postato.
                La 3° è quella che credo sia la più importante. Perchè diversamente il palloncino spreca molta espansione dell'aria per gonfiarsi sui lati e quindi spreca corsa utile all'albero motore.
                Buona realizzazione
                Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                • #9
                  Un ciclo alfa di semplice realizzazione è:
                  YouTube - motor stirling upb
                  YouTube - low temperature stirling engine
                  I "cilindri" ad acqua hanno un'ottima tenuta per basse pressioni e con poco attrito ma vanno bene per "modellini" non saprei dirti perchè i gamma siano consigliai per i piccoli modelli, probabilmente sono più difficili da costruire ma più facili da far "girare" (mia ipotesi) forse le pompe da bicicletta hanno troppo attrito interno per il motore, il mio alimentato con 2 candele girava a fatica una ventolina da PC usata come generatore....
                  Ciao Alessio
                  Qualche video dei miei esperimenti li trovate su:
                  http://it.youtube.com/user/alessiof76

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                  • #10
                    Domanda stupida: perché è opportuno ridurre la corsa del pistone di potenza? Voglio dire, a me un centimetro per muoverne sette sembra già poco, forse avrei fatto l'esatto opposto, dove sto sbagliando?

                    Altra domanda stupida: Sarò rincretinito ma non ho capito come funzionano i pistoni ad acqua
                    La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

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                    • #11
                      A causa delle perdite di pressione del motore e dei punti morti la variazione di pressione utile diminuisce e con essa il volume utile del cilindro di potenza, riducendo il la corsa a parità del resto della "meccanica" invece che avere un pistone con poca coppia e tanta corsa diventa un pistone con più coppia (più pressione) che magari è sufficiente a vincere gli attriti.

                      Per il motore ciclo alfa con cilindri ad acqua ti ho fatto uno schizzo:Clicca sull'immagine per ingrandirla. 

Nome:   alfa.jpg 
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Dimensione: 14.2 KB 
ID: 1917022

                      ciao Alessio
                      Qualche video dei miei esperimenti li trovate su:
                      http://it.youtube.com/user/alessiof76

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                      • #12
                        Grazie infinite
                        La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

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                        • #13
                          Qui è spiegato un po' un motor ciclo alfa da fare con i barattoli 20 giri al minuto
                          NOTA: nel disegno è sbagliato il senso di rotazione

                          stirling alfa.pdf

                          Ciao Alessio
                          Qualche video dei miei esperimenti li trovate su:
                          http://it.youtube.com/user/alessiof76

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                          • #14
                            Bello. Lo avevo visto girare su youtube senza capire come era fatto.
                            Propongo delle migliorie:
                            1) Lato caldo sotituire l'acqua con olio diatermico. Può tenere fino a 350°C
                            2) Alettare il tubo di collegamento per migliorare gli scambi termici
                            3) Creare una circolazione d'acqua sul lato freddo in modo da poter scendere rispetto ai 100° dell'ebollizione d'acqua
                            4) Pressurizzare (di poco) il motore allungando le lattine di contenimento in modo che l'acqua possa salire di livello e contenere l'aumento di pressione.

                            Che ne pensate?
                            Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                            • #15
                              Per non andare OT ho aperto un post sul motore ciclo alfa a lattine con le istruzioni sulla costruzione trovate in rete: https://www.energeticambiente.it/mot...#post118978533
                              Qualche video dei miei esperimenti li trovate su:
                              http://it.youtube.com/user/alessiof76

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                              • #16
                                Grazie per l'idea, progettino davvero carino. Purtroppo per ora sono abbastanza preso dal rientro (con conseguenti esami) in università, magari fra un po' riuscirò a lavorarci. Grazie come al solito per l'aiuto
                                La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

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                                • #17
                                  Originariamente inviato da Stranamore Visualizza il messaggio
                                  Altra cosa importante: Da qualche parte devi mettere una valvola unidirezionale, tipo valvolina pera camera d'aria di biciclette, incollata e comunicante tra l'interno del motore e l'atmosfera. Il verso deve essere quello di permettere l'entrata aria nel motore ma non l'uscita. Serve a reintegrare le eventuali perdite attraverso l'asta del displacer. In questo modo la pressione base sarà sempre l'atmosferica.
                                  Fai le modifiche una per una e non tutte insieme. Verifica per ogni modifica gli eventuali vantaggi o svantaggi.
                                  Alla fine sarai in grado, mettendo assieme tutte quelle che danno vantaggi, di realizzare un motore, magari ex novo, funzionante.
                                  E' da un pò che volevo rispondere ma non trovavo più la discussione . Volevo sottolineare quello che scrivi perchè è una cosa interessantissima e importantissima alla quale pochi danno importanza . La fuoriuscita di fluido dallo stelo di un displacer - spostatore sopratutto se è in gamma , causa delle perdite di pressione che si alternano a dei " risucchi " di aria esterna che passa sempre attraverso lo spazio tra stelo e tenuta e quindi si crea comunque un'equilibrio di pressione / depressione anche con la perdita , ma l'aria che nel ciclo entra dallo stelo è fredda e non ha subito l'influenza del rigeneratore , sia questo di qualsiasi tipo e forma e quindi ci troviamo ad avere una quantità di aria che non è stata trattata , che non è stata riscaldata ecc . Questo è un problema importantissimo x chè limita di molto tutte le funzioni , pressione , velocità , coppia , potenza , tutto . Quindi ben venga la valvolina a senso unico perchè introduce il modellista ad un concetto importantissimo che lo avvicina alla pressurizzazione ( anche self ) sia del modellino che del futuro modellone da 1 KW . Qualcuno penserà che esagero ma chi ha costruito modelloni o chi conosce bene il problema sà che è importantissimo . Questo è un capitolo che meriterebbe essere discusso in modo approfondito e a parte . Un particolare : non è certo che l'aria in entrata debba essere immessa nella zona carter , nella zona fredda o nella zona calda , dipende anche da come è immessa in funzione dello spostamento del pistone , cioè dal ciclo . Ok mi sto allargando troppo ma volevo far capire che sembra una stupidaggine ma in realtà è un problema molto importante , spero che il messaggio sia arrivato a tutti e che lo terrete in considerazione . Prima o poi questo sarà un'argomento da aprire tutto da solo . Ciao . Spartano . PS . bravo a scriverlo perchè anche se per te è normalità il problema lo sentono in pochi .

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                                  • #18
                                    Perdona la mia ignoranza, ma non ho ancora capito, il nesso tra la valvolina e la perdita di potenza dallo stelo? Se le perdite tendono ad annullare la differenza tra pressione interna ed esterna che risolverei con la valvolina, a meno di immettere continuamente aria nel motore quando è in funzione, non vedo come potrebbe mitigare la perdita
                                    La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

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                                    • #19
                                      Provo a spiegarlo io. Quando il displacer sposta il gas dal lato caldo la pressione all'interno del motore aumenta e supera la pressione atmosferica. Quindi dell'aria sfugge dalle tenute sugli steli e tu la perdi. Oltre all'aria perdi anche del lavoro perchè la pressione scende e lavora meno sul pistone di potenza.
                                      Quando poi il displacer sposta di nuovo il gas nello spazio freddo questo si contrae e essendocene di meno il motore va in depressione. Quindi il motore perderà di nuovo potenza per poter comprimere il gas partendo da uan pressione più bassa.
                                      A questo aggiungici che, rendimento a parte, il ciclo evolverà con una quantità di fluido inferiore e per definizione a parità di tutto il motore darà meno potenza (l'esatto contrario della pressurizzazione del motore).
                                      La valvolina, piazzata di solito nella parte fredda del motore perchè l'aria che entra è fredda, quando il motore va in depressione si apre e fa entrare altra aria dall'esterno riequilibrando la pressione ti risparmia almeno questa parte di perdita (per la parte di perdite in pressione non ci sono santi se non delle tenute ben fatte che tengano bene senza attrito eccessivo). Inoltre l'avere sempre il fluido reintegrato ti evita le perdite di potenza per scarso volume specifico del fluido.
                                      Spero di essere stato comprensibile. Comunque non è che questa sia un invenzione mia o di spartano. Se leggi i sacri testi la spiegazione la trovi probabilmente espressa anche meglio di quanto non sia riuscito a fare io.
                                      Il calore è una gran cosa se non ti trovi nel deserto e sai come utilizzarlo.

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                                      • #20
                                        Adesso ho capito cosa volevate dire, non avevo afferrato che la valvolina si doveva aprire autonomamente quando il motore va in depressione, forse non avevo letto i post con l'adeguata attenzione, chiedo scusa
                                        Grazie per la pazienza nei chiarimenti.
                                        La mente è come un paracadute. Funziona solo se si apre. - Albert Einstein

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