Parliamo di Stirlng

[Arex]

Si mi piace e non dico sia un gioco da ragazzi ma quasi ... diciamo che quella è una versione dimostrativa dalla dubbia funzionalità ... però non dev'essere così complicato realizzarlo con accorgimenti migliori ... no?
Fammi memoria se possibile ... a che temperature dobbiamo arrivare?

[jpquattro]

Il limite di temperatura è data dai materiali, il limite inferiore è di pochi gradi: esistono giocattolini dimostrativi che funzionano con il calore della mano (nel senso che iniziano a girare, vincendo le loro resistenze interne, senza fare lavoro utile.. oddio qualcuno ci mette un'elichina e si fa vento quando fa caldo...)...
Il limite di temperatura verso il freddo è dato dalla liquefazione del gas, verso il caldo dalla resistenza dei materiali: se hai una sorgente calda a 3000K. e dei materiali ceramici che resistono...
Il rendimento teorico dipende dal salto termico fra sorgente calda e sorgente fredda... più alta la differenza, maggiore il rendimento.
La cosa curiosa è che non ci serve una sorgente calda nel senso tradizionale del termine, basta sia più calda di quella fredda... Se abbiamo una "sorgente calda" a 50 gradi sotto zero e una sorgente fredda a 200 gradi sotto zero, è possibile fare uno stirling che funziona in quelle condizioni...

Tornando a valutazioni meno estreme, possiamo supporre che la nostra sorgente fredda sia la temperatura ambiente o poco più diciamo 50-70 gradi per smaltire il calore di risulta facilmente e sfruttarlo magari per scaldare casa... La sorgente calda se per le strutture usiamo alluminio non potrà superare i 350 gradi o giù di li, se passiamo ad acciaio, magari inox (ma non dovrebbe essere necessario, la ghisa perlitica dovrebbe andare bene) possiamo pensare di arrivare a temperature vicine al calor rosso diciamo 600 gradi, meglio meno che più, nel senso che il cilindro caldo dell'alfa lavora costantemente a quella temperatura, non ha pause o raffreddamento lubrificarlo a queste temperature richiede accorgimenti......
A queste temperature lo scambiatore caldo spesso è costituito da un fascio di tubi sottili che passano dentro il gas caldo (ma la soluzione è applicabile solo per pressioni basse..)

Mi rendo conto che la risposta può creare più dubbi di quelli di partenza, ma il modo di ragionare tende ad essere esattamente l'opposto:
1) ho due sorgenti, una calda una fredda, la loro differenza è adeguata ad avere un rendimento accettabile?
2) ho materiali e lubrificanti che resistono alla temperatura della sorgente calda?
3) alla temperatura della sorgente fredda, fino a che pressione il gas di lavoro rimane allo stato gassoso?

Paolo

[jpquattro]

Intanto ti rifilo un paio di immagini di un Alfa a quattro cilindri, il primo è lo schema di principio:


I pistoni sono a doppio effetto, l'albero a gomiti ha manovelle sfasate di 90 gradi, se si usa un albero a gomiti tradizionale, la biella è in due parti, una dritta solidale con il pistone, una è la vera manovella, un po' come si vede frequentemente nei grossi motori marini.

Per capire come funziona un motore fatto così è opportuno guardare cosa è attaccato agli scambiatori... Facendo riferimento al primo disegno, le camere superiori dei cilindri sono le camere calde, quelle inferiori sono camere fredde, la U rovesciata è lo scambiatore caldo, sotto c'è il rigeneratore e poi lo scambiatore freddo...
Allora partiamo da primo cilindro: la camera calda va allo scambiatore-rigeneratore alla destra, che a sua volta va alla camera fredda del secondo cilindro... quindi il gruppo termico di base è costituito da lla cmaera calda del primo cilindro, lo scambiatore, la camera fredda del secondo... le camere stanno in due cilindri diversi i cui pistoni sono connessi a biellismi sfasati di 90 gradi, indiscutibilmente è un motore tipo Alfa... la cosa si ripete identica negli altri cilindri.
Avrete notato che nel disegno manca, forse per chiarezza, la connessione fra l'ultimo scambiatore freddo e la camera fredda del primo cilindro...

Usualmente questi motori però hanno i cilindri disposti a cerchio e un disco inclinato al posto dell'albero a gomiti, oppure un cinematismo equivalente...

Un paio di animazioni su motori di questo tipo...
Occhio che le animazioni continuano passando a diversi esemplari di motore, se non volete confusione, annullate...

[youtube]https://youtu.be/tq0QUp6LyCo[/youtube]
qui c'è un cinematismo alternativo...
[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=89828kR7tUM[/youtube]
Questo è vero...
[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=sN2iRP-zJEU[/youtube]
Paolo

[Arex]

Cazzarola tu sei il vero Stirling in moto perpetuo....

[jpquattro]

Guarda questo che vale la pena!
[youtube]https://www.youtube.com/watch?v=8dDwdVgAkXk[/youtube]


Paolo

[Arex]

Che simpatico sto giochino ....
Non ho capito con cosa ha fatto cilindro e pistone....

[jpquattro]

Se guardi con attenzione il motore è un tipo gamma, quindi il cilindro "di potenza" è quella specie di siringa trasparente di lato... Nei barattoli ci sta il displacer...

Almeno questo è quello che deduco osservando il filmato...

Paolo

[Arex]

Ha fatto vedere tutto a parte quello ....
Ma l'acqua è per raffreddare giusto?

[jpquattro]

ovviamente....

[Arex]

Poco per volta mi stai convincendo.... però non vorrei usare alluminio .... mi restringe il campo della sperimentazione....

[jpquattro]

Se vuoi salire di temperatura il motore a configurazione Alfa si presta poco, perché hai un gruppo pistone cilindro che debbono lavorare stabilmente alla temperatura della sorgente calda, insomma se la tua sorgente calda è a 700 gradi il pistone e il cilindro del lato caldo lavorano al calor rosso per tutta la loro vita utile... in queste condizioni devi trovare il verso di fare una tenuta, l'equivalente delle fasce elastiche... le cose che possono funzionare a questa temperatura, escludendo i lubrificanti, sono la grafite e qualche ceramica tecnologica.
La grafite funziona, ma è morbida, si usura rapidamente... La ceramica... il problema è come trovare l'accoppiamento fra superfici adatto allo scopo e con attrito sufficientemente basso... quando l'hai trovato devi trovare chi ti fa la lavorazione...

La soluzione c'è ovviamente, ma passa da un'altra strada.

Se vuoi fare un motore che funziona ad alta temperatura meglio orientarci su configurazioni Beta o Gamma. In questa configurazione dal lato ad alta temperatura ci va solo il displacer che non ha necessità di tenute importanti, a seconda dei casi può essere flottante o comandato da sistemi biella-manovella o sistemi a parallelogrammi deformabili (gli inventori di meccanismi strani in questo campo si sono sbizzarriti...).... il displacer può essere di acciaio inox o di ceramica, magari con inseriti di grafite con il solo ruolo di centratori...
In particolare il motore di tipo Gamma separa completamente il cilindro di potenza da quello diciamo termico.
La zuppa l'è cotta, torno dopo...
Paolo

[Arex]

Dunque se possibile dovrebbe funzionare a temperatura relativamente bassa ... tuttavia ho l'impressione che senza un salto termico importante sarà difficile ricavarci più di qualche watt (tipo il giochetto che ha fatto l'amico del video che hai postato) ...
Ora non pretendo chissà che cosa e non prendermi per matto ma se per "disgrazia" mi metto in gioco non lo faccio per qualche watt.
Detto questo, capendo in parte la scelta di abbandonare un "progetto Alfa" (in parte perché ci sono cose che non capisco ... per colpa mia ovviamente, sto cercando di seguirti ma non mi sto applicando a sufficienza per via di tanti altri impegni... perdonami ti sto facendo parlare più del dovuto e sto approfittando della tua buona volontà nello spiegare)... orientandosi sui Beta o Gamma vedi se riesci a farmi entrare in testa com'è fatto il displacer e magari anche il cilindro/pistone ...
(nel caso tu ti stia stufando di farmi da tutore propongo una sospensione per quel che mi riguarda ....)

[jpquattro]

Come marito di una ex prof, parlare di sospensioni mi fa un po' ridere...

Dunque, premesso che i conti di massima si possono fare, quindi si può decidere prima quanti watt... l'altra cosa che si può decidere a che temperature vogliamo lavorare... e su questa base si possono fare se non dei conti precisi, sicuramente delle stime.
Il displacer... il cardine di uno stirling e il gas che viene spsotato dall'estremo caldo all'estremo freddo del motore e viceversa.
Il displacer fa appunto questo sposta il gas dal lato caldo a quello freddo, le variazioni di temperatura del gas creano le variazioni di pressione che vengono sfruttate dal pistone di potenza.

Se ti riguardi lo schemino dello stirling beta o gamma nella prima pagina vedi che il displacer è in sostanza un pistone, in genere rappresentato piuttosto lungo, che ha come unico scopo quello di spostare il gas.
Questo spostamento può essere fatto "pompando" il gas in modo tradizionale, oppure può essere sufficiente "occupare il posto" del gas... nel primo caso il pistone deve avere un minimo di tenuta (modesta, la differenza di pressione è minima), nel secondo non è necessario neanche che tocchi le pareti del cilindro (deve avere comunque un gioco estremamente ridotto, perché il gas deve passare dagli scambiatori).
Quali caratteristiche deve avere? Ha un lato nella camera calda e uno in quella fredda, deve avere quindi un isolamento fra le due facce, deve muoversi avanti e indietro, meno pesa e meglio è...
deve resistere al calore, ma qualsiasi refrattario lo fa bene...
Col mastro si parlava di farlo in fibra ceramica o ricavarlo da un blocco di refrattario, magari con due anelli in grafite, giusto per tenerlo in linea...

Ho reso l'idea?

Paolo

[Ferrobattuto]

Scusate se intervengo, forse a sproposito giacché neanche io purtroppo riesco ad inquadrare bene lo stirling (sono stato un meccanico d'auto.....), ma usando un vecchio motore bicilindrico e perciò usando "normali" materiali e lubrificanti per auto, non potendo superare i 200-250°C, che potenze si possono avere?
Mi riferisco ad esempio ad un motore 600cc tipo Fiat 126, ma nulla vieta di usare un bicilindrico da un migliaio di cc ex trattore. Entrabi sono motori raffreddati ad aria, per cui intervenire sui cilindri per riscaldarli o raffreddarli non è difficile. Per potenza e giri molto ridotti non dovrebbe essere impossibile neanche rifare il collo d'oca a 90° invece che a 180° o 360° come sono fatti di solito.

[mastrovetraio]

Qui trovate disegni e quote per costruire un Gamma a cilindri paralleli ( modello funzionante, per scopo educativo) http://www.slideshare.net/mobile/guestf ... -parellelo

[mastrovetraio]

Ferro, ti capisco, eccome se ti capisco. Chi si è fregato le VALVOLE ?? Il guaio è che chi ha messo in rete le animazioni SA come/perchè funziona, ma (per esempio) se non si comprende che il Gamma NON DEVE avere una tenuta perfetta sul dislocatore..... e non c'è una animazione che sia una che faccia vedere i FLUSSI.
JPquattro, un fusto dell'olio da 300 litri con dentro un dislocatore in fibra ceramica ?? Immagino che il Gamma abbia una grossa sproporzione tra i due pistoni proprio perchè il dislocatore ha poca tenuta......mentre l'Alfa ha pistoni eguali perchè entrambi devono "tenere"......ci sono ??

[jpquattro]

Aiuto!!!! Uno alla volta...

Allora, cominciando dal fondo... nelle università giapponesi questi motori li fanno fare agli studenti, ho visto un motore mi pare un gamma, ma vado a memoria, col displacer che era più grande del mio deposito dell'acqua... diciamo un migliaio di litri, così a occhio... NON DEVE è eccessivo... non è necessario, se le tenute fanno troppo attrito danno noia, ma se sono ben fatte, nulla vieta che ci siano... il percorso dei gas deve comunque essere diverso: scambiatore caldo-rigeneratore-scambiatore freddo e viceversa...

Il disegnino è bellino, ma è un giocattolo e a Arex, quando sente nominare i giocattoli gli viene l'orticaria... Usare il motore della 500 ? perché no? ma bisogna rifare l'albero... si può rifare con tecniche "motociclistiche" con i bottoni di manovella pressati... ma era solo per questo che mi orientavo sui motori guzzi o ducati... in pratica riusi i pistoni le canne e il carter...

Se mi date un attimo di tempo provo a fare due conti...

[jpquattro]

Conticino veloce, in primissima approssimazione, condizioni:
- motore configurato come Alfa, 2 cilindri 600 cc totali, sorgente calda 300 c sorgente fredda 50, 1000 giri, pressione del gas 50 bar:

La potenza attesa è circa 5 KW (il K non è un errore di battitura...) se dimezzi la pressione dimezzi la potenza e viceversa.... se raddoppi i giri la potenza non raddoppia ma quasi...

Poi cerco di fare di meglio...

Paolo

[jpquattro]

Intanto vi sbatto li la formulina del rendimento TEORICO del ciclo Stirling:
Se
Tmin è la temperatura della sorgente fredda in gradi Kelvin (= centigradi + 273,16...)
Tmax è la temperatura della sorgente calda in kelvin

n è il rendimento % (cercare le lettere greche ci vuole troppo..)
n= 100*(1-Tmin/Tmax)= 100*(1-0,56) = 44%
ovviamente è il SOLO RENDIMENTO TERMODINAMICO, senza attriti perdite ecc...

Paolo

[Ferrobattuto]

Motori ex 126 fiat o ex panda 1° tipo (750cc) se ne trovano facilmente, anche se messi male, ma questo non è un problema. Mentre motori di moto di quel tipo, anche usati, sono più difficili e più costosi da rimediare (almeno per me quì.....). Per l'albero poi ci si pensa.... Tanto un migliaio di giri non sono un granché.
Un problema secondo me è mantenere la pressione sopra i pistoni, le fasce per quanto buone difficilmente non lasciano trafilare del gas. Per quel che mi riguarda 1Kw sarebbe già il massimo..... Per cui la pressione potrebbe scendere ancora. Oppure la temperatura, allungando la vita alle parti meccaniche e ai lubrificanti (ovviamente di provenienza "automobilistica", per cui 300°C potrebbero essere già tanti).
Pressurizzare il carter di un motore di quelli sarebbe un bel problema, anche solo per pressioni "minime", in quanto sono fatti per lavorare a pressione atmosferica, anzi, fatti in modo che fumi e vapori vari possano essere smaltiti velocemente.