Parliamo di Stirlng

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 17 giu 2015, 12:18

Il gas deve passare attraverso il sistema scambiatore caldo-rigeneratore-scambiatore freddo.
Ogni molecola di gas che prende una strada diversa è una perdita di rendimento.
I motori lenti usano le pareti del cilindro come scambiatore e il recuperatore può pure stare nel displacer, ma a questo punto l'inerzia diventa un problema.
I motori veloci hanno scambiatori dedicati (diciamo una cosa simile a un fascio tubiero per fissare le idee?) e rigeneratore in un circuito esterno, spesso coassiale con il cilindro (motori beta...)
Siccome la differenza di pressione fra "sopra" e "sotto" il displacer , le tenute sono un problema modesto, l'attrito, anche lui è una perdita di rendimento... bisogna trovare un compromesso.
Si possono costruire displacer che non toccano il cilindro, ma sono costruzioni di precisione... almeno se vuoi avere un rendimento dignitoso, in una costruzione più artigianale, un anello di grafite (resiste a temperature molto alte, è autolubrificante) può essere un compromesso ragionevole...

Ma perché non ne costruisci uno?
Materiale:
un barattolo di birra (vuoto...)
un po' di balsa o di polistirolo,
un po' di filo di ferro,
qualche ritaglio di compensato
un guanto di gomma
una candela. :D :D :D
http://www.scraptopower.co.uk/can-stirling/make-a-coke-can-stirling-engine
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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da mastrovetraio » 17 giu 2015, 13:19

Grazie. Odio i filmati, corrono sempre troppo e non si capisce mai un'H. Finalmente testo e foto, grazie, mi costruirò il giocattolo.

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da Arex » 17 giu 2015, 14:05

Mi sto chiedendo il motivo di tali prezzi ... http://www.genoastirling.it/motori-disponibili.php

E questo laureando ci ha lasciato il suo lavoro: http://tesi.cab.unipd.it/37661/1/Modell ... ineare.pdf
(Qualsiasi cosa da me pubblicata viene esclusivamente fatta per uso privato,e nella mia proprietà, per studio e/o per hobby)
Le decisioni giuste vengono dall'esperienza. L'esperienza viene dalle decisioni sbagliate. (Higdon)(Arthur Bloch)
E poi ti trovi che un giorno sei tu ad avere l'arma ma non spari, perché colpire chi ti ha ferito non te ne importa più nulla. _Alda Merini_

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 17 giu 2015, 19:04

Sui prezzi non mi pronuncio, non ne ho mai capito molto di come si formano...

La tesi l'avevo vista, oltre ad un altro paio di tesi simili. Si può decidere di trasformare il lavoro del giovane in un programmillo di simulazione... MAX dove sei?

Paolo

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da mastrovetraio » 17 giu 2015, 20:07

Un pò perchè la cocacola mi è indigesta, un pò perchè vorrei fare qualcosa di decente, con i tubi di ottone che sono in foto si riesce a fare uno Stirling Alfa?
Quello più grande misura 31cm diametro interno circa 37,5 mm e lo spessore è di 1 mm. Gli altri due hanno pareti da 0,5 mm e diametro interno 31,5 mm
Allegati
IMG_20150617_195215.jpg

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 17 giu 2015, 20:19

..è che ci devi fare dei pistoni decenti... ma perché hai smontato gli scarichi di casa? la moglie ora ti rincorre!

Chi ha parlato di hoca hola? io ho detto birra! :D

Seriamente, l'alfa è più complesso se non hai una base di partenza, che so, un guzzi V7... Potresti provare a cercare dei soffietti di metallo tipo questi...

https://keelynet.wordpress.com/2009/02/07/claims-of-new-stirling-design/

Paolo

P.S. però quello con i barattoli funziona i soffietti non so...

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 18 giu 2015, 12:14

Io continuo con le mie considerazioni sugli Stirling... vorrei parlare di quelli che sono gli elementi critici più o meno ovii.

1) le dimensioni in relazione a salto termico e pressione.
Ci possiamo mettere a giocare con le formule, ma è abbastanza intuitivo che la potenza aumenta linearmente con la differenza fra sorgente calda e sorgente fredda, aumenta linearmente con la pressione del gas, aumenta linearmente con i volumi...
Ne consegue che se il nostro obiettivo è una certa potenza la possiamo ottenere in molti modi:
-possiamo fare una macchina piccola che però dovrà avere una pressione relativamente elevata e un salto termico significativo.
-possiamo fare una macchina a bassa pressione, magari atmosferica, ma allora il salto termico deve rimanere alto e le dimensioni crescono...
-possiamo fare una macchina a bassa pressione e a basso salto termico, ma allora la macchina diventa GRANDE... e GRANDE significa MOLTO GRANDE... ho visto le foto di macchine costruite in università giapponesi dagli studenti, per esercitazione: una macchina da pochi KW, atmosferica, basso salto termico aveva volumi di centinaia di litri...
Il corollario sottinteso di queste regole è che, siccome la potenza aumenta con il numero di giri, più grane è la macchina e più grandi sono le masse e le forze d'inerzia e quindi più difficile farla girare forte...

Ne consegue che, definito il nostro obiettivo, bisogna trovare un compromesso fra dimensioni e complessità...

Paolo

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 18 giu 2015, 13:31

mastrovetraio ha scritto:Un pò perchè la cocacola mi è indigesta, un pò perchè vorrei fare qualcosa di decente, con i tubi di ottone che sono in foto si riesce a fare uno Stirling Alfa?
Quello più grande misura 31cm diametro interno circa 37,5 mm e lo spessore è di 1 mm. Gli altri due hanno pareti da 0,5 mm e diametro interno 31,5 mm


Se hai voglia di fare una cosa un po' rifinita e vuoi fare un alfa, io avrei visto su ebay i ricambi dei decespugliatori: un accoppiamento completo pistone cilindro (con testa integrale) fasce e perfino spinotto e rullini 12 €...
ne devi montare 2 a 90 gradi e fare l'albero a gomiti, la corsa deve essere più corta per non scoprire i travasi, ma si potrebbe fare...

Paolo

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da mastrovetraio » 18 giu 2015, 15:00

Cerrrrto che sì....anzi, a saperlo proprio sabato scorso ero dal meccanico dei decespugliatori/motoseghe/trattorini....ma secondo te, avendo scelta, un complessivo magari di tagliaerba....

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 18 giu 2015, 20:38

Allora ho fatto due conti in croce (di primissima approssimazione).
Se supponiamo di fare girare il coso a 500 rpm, supponendo una t max di 400 c. (è alluminio, oltre non credo si possa andare), il "mio" potrebbe spaziare da una 50 W (10 bar) fino a 700 (200 bar). il tuo partirebbe da 5-600 e arriverebbe probabilmente a 5000...
Dal piccolo ci possiamo aspettare che, se funziona bene, possa superare i 1000 rpm (con incremento di potenza...), il grande è da dimostrare che possa arrivare a 1000 rpm...
Valutazioni evidentemente MOLTO, MOLTO MOLTO teoriche....

Paolo

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da mastrovetraio » 18 giu 2015, 20:46

Certo che cen'è tanto, ma tanto da vedere e da capire http://www.stirling-fette.de/prototype.htm

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 18 giu 2015, 20:58

mah.... tu lo conosci l'UCAS?

Paolo

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da mastrovetraio » 18 giu 2015, 21:10

Ovvero come complicare le cose semplici mediante l'impossibile per il raggiungimento del Sacro Nulla ??

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 19 giu 2015, 20:03

...e io continuo a chiaccherare...
Alcuni aspetti che non sono del tutto intuitivi:

-Gli scambiatori di calore. I disegni che spiegano il principio di funzionamento mostrano lo scambio termico che avviene fra pareti del cilindro e il gas, ma se vogliamo motori di potenza "interessante" dobbiamo salire quanto possibile di giri; questo significa che il riscaldamento e il raffreddamento del gas devono essere VELOCI, passare attraverso le pareti del cilindro non è pratico sia perché la superficie è scarsa, sia perché a noi interessa scaldare/raffreddare il gas non il metallo. La conseguenza è che nei motori reali normalmente c'è uno scambiatore appositamente progettato per avere il riscaldamento/raffreddamento del gas che lo attraversa più rapido possibile. Questi scambiatori sono posti usualmente nel condotto che mette in comunicazione le due camere del motore. il rigeneratore è collocato in mezzo ai due scambiatori, nello stesso condotto.

-Gli spazi nocivi. I volumi che rimangono fra pistone e testa, fra pistone e displacer nel Beta, nei condotti dove circola il gas, nel rigeneratore, negli scambiatori di calore, riducono quello che nei motori endotermici è detto "rapporto di compressione" e che condiziona il rendimento del motore. Ne consegue che devono essere ridotti al massimo. Ora curare la costruzione dei pistoni in modo da ridurre gli spazi nocivi è relativamente facile, ma ridurre il volume degli scambiatori e del rigeneratore aumenta la velocità del gas, aumenta le perdite di carico prodotte dal passaggio negli scambiatori e riduce l'efficienza degli stessi...
Bisogna tenere conto che le perdite di carico nel rigeneratore e negli scambiatori sono la parte più importante delle perdite di un motore stirling, limitarle è un requisito fondamentale, ne consegue che la progettazione e costruzione di scambiatori e recuperatori è una componente critica di uno stirling.

segue alla prossima puntata...

Paolo

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da Ferrobattuto » 19 giu 2015, 20:24

Perdite di carico = Attrito del gas/fluido contro le "pareti" dei condotti di trasferimento. Aumenta con la velocità e la densità del fluido usato.
Sbaglio?
Si possono aumentare le sezioni di passaggio, ma oltre un certo volume da spostare poi non intervengono le inerzie?
Inviato manualmente dal mio vecchio e sgangherato, ma fedele computer

Buone realizzazioni a tutti!
Ferrobattuto

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da mastrovetraio » 19 giu 2015, 20:35

Aspetta, frena. Hai scritto che gli scambiatori di calore sono posti nel condotto che mette in comunicazione le due camere. E nello stesso tempo bisogna ridurre al minimo gli spazi morti. Un bel mal di testa. Non hai, per caso, qualche disegno ? Certo che conciliare queste due esigenze....adesso inizio a capire perchè lo Stirling non è per niente facile.

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 19 giu 2015, 23:07

Aspetta che mica ho finito....
se aumenti le sezioni, aumenti gli spazi nocivi, se le riduci aumenti le perdite...
Aggiungo: La maggioranza degli stirling "seri" sono pressurizzati a pressioni anche importanti... allora nello scambiatore caldo abbiamo dentro il gas a mettiamo 200 bar e 600 centigradi (oggi mi sento buono...), fuori il fluido di riscaldamento, che sarebbe meglio fosse un liquido, per ridurre le dimensioni dello scambiatore... nel mezzo ci sta il metallo dello scambiatore.... che più sottile è, meglio funziona lo scambio... allora se "fuori" c'è la pressione atmosferica lo scambiatore deve reggere 200 bar ad alta temperatura in sicurezza... allora ci vogliono spessori importanti (e volumi!= spazio nocivo, calo di rendimento), oppure tutto il sistema del fluido caldo lo mettiamo sotto pressione, anche lui a 200 bar. Ma allora, da qualche parte c'è un altro scambiatore...

Sono sempre sotto precetto della padrona... ci sentiamo poi...
C'erano in corso i festeggiamenti per un collega di mia moglie, Professore molto amato dagli studenti... I colleghi e gli studenti hanno organizzato una festa a sorpresa in una piazza del centro, con tanto di palco e orchestra (cantante e chitarrista un preside, gli altri non so...) hanno riempito la piazza!

Perdite di carico = Attrito del gas/fluido contro le "pareti" dei condotti di trasferimento. Aumenta con la velocità e la densità del fluido usato.
Sbaglio?
Si possono aumentare le sezioni di passaggio, ma oltre un certo volume da spostare poi non intervengono le inerzie?

Se aumentiamo le sezioni di passaggio aumentano gli spazi nocivi e cala il rendimento, l'inerzia del gas ci interessa marginalmente, gli spazi nocivi e le perdite di carico hanno effetto molto più immediato...
Aspetta, frena. Hai scritto che gli scambiatori di calore sono posti nel condotto che mette in comunicazione le due camere. E nello stesso tempo bisogna ridurre al minimo gli spazi morti. Un bel mal di testa. Non hai, per caso, qualche disegno ? Certo che conciliare queste due esigenze....adesso inizio a capire perchè lo Stirling non è per niente facile.


Insisto: chi ha detto che era facile? fare un impianto solare serio non è facile, non è facile mettere su una produzione di pellet... non esistono pranzi gratis... Non è facile ma è fattibile e per certi usi può essere vantaggioso... Non fa parte del mercato di massa perché quando è diventato fattibile i motori a combustione interna avevano occupato il mercato e i vantaggi non giustificavano i massicci investimenti. Sta tornando fuori ora perché ci sono settori sempre più vasti e strategici in cui i motori a combustione interna non possono dare risposta..

Poi trovo i disegni... Ogni Stirling è progettato per un uso specifico e ha una sua specificità. Nell'alfa una struttura tipica è un tubo che unisce le due testate e che contiene, uno dopo l'altro, scambiatore caldo, rigeneratore, scambiatore freddo. Nel Beta spesso tutta la struttura è una sorta di camicia intorno allo spazio dove si muove il displacer. Qualcuno ipotizza motori di tipo alfa con le teste contrapposte (e gli scambiatori nel mezzo) e due alberi a gomito connessi da una trasmissione meccanica, un Alfa può anche avere i cilindri paralleli (come la vecchia 500) e l'albero a gomiti con le due manovelle a 90 gradi, ne risulta una configurazione compatta in cui gli spazi nocivi sono ridotti al minimo...

Nei motori che usano come sorgente calda una caldaia in cui brucia qualcosa, lo scambiatore può assumere anche la forma di una struttura metallica che conduce direttamente il calore dalla fiamma al gas, in questo caso il problema rimane lo spazio nocivo che è quello fra le alette...
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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da jpquattro » 20 giu 2015, 10:33

Ultime cose "poco intuitive"... Poi quando mi sentirò in vena parlerò dei pluricilindrici, dei sistemi stirling acustici, degli stirling rotanti, dei derivati dallo stirling ecc. ecc.

-Contropressioni e bilanciamento delle pressioni: per fissare le idee immaginiamo un motore alfa, magari fatto come quello del disegnino, immaginiamolo pressurizzato a pressioni importanti... che pressione teniamo nel carter? Se ci teniamo la pressione atmosferica, la differenza di pressione fra le due facce del pistone inchioderà il motore meglio di una saldatura... quindi il carter deve stare a una pressione pari alla pressione media del cilindro... ma allora le tenute dell'albero debbono essere pensate seriamente...

-temperature: un motore a scoppio ha temperature, durante la combustione, superiori ai 1000 gradi, ma la media, tenuto conto dei tempi passivi del ciclo del raffreddamento ecc raramente supera di molto i 100 gradi. Il lato caldo dello Stirling rimane alla temperatura di lavoro (dipende dall'uso, ma solitamente temperature fra 500 e 1000 centigradi) per tutta la vita attiva del motore. I primi stirling ad alta temperatura si rompevano perché la testata calda si ossidava rapidamente e si fessurava. Solo dopo l'introduzione dell'acciaio inox, databile intorno agli anni 30, sono diventati realizzabili. Se poi pensiamo ai motori pressurizzati il problema si complica ancora, specie se le temperature sono alte.

-gas usati: la prima distinzione è fra gas monoatomici, biatomici, pluriatomici... Per i gas si definiscono due calori specifici (rapporto fra quantità di calore necessaria per aumentare la temperatura del gas di 1 grado e massa del gas): il calore specifico il Cv calore specifico a volume costante e Cp a pressione costante. Nel primo caso il calore scalda il gas e basta, nel secondo il gas oltre a scaldarsi si espande e quindi compie un lavoro (quindi serve più calore) il rapporto fra Cp e Cv vale 1,66 per i gas monoatomici (in pratica i gas nobili, elio neon argon...) 1,4 per i gas biatomici e cosi via... questo comporta differenze sostanziali nelle prestazioni.
L'altro fattore discriminante è la dimensione dell'atomo o della molecola: più piccoli sono e meno si scostano dal comportamento ideale (alle alte pressioni ovviamente) e meno perdite creano...
i più vantaggiosi sono l'idrogeno (è una molecola biatomica, non H ma H2!) e l'elio, seguiti dai gas nobili e poi dall'azoto. L'aria starebbe alla pari con l'azoto, ma, ad alte pressioni, ha il brutto vizio di creare miscele esplosive con i lubrificanti, paradossalmente più pericolosa dell'idrogeno! poi per sovrappiù produce ossidazione (molto più rapida ad alte pressioni e temperature)...
Purtroppo più piccola/o è l'atomo o la molecola e più è difficile è contenerlo in un recipiente: nel medio periodo l'idrogeno e l'elio sfuggono attraverso le porosità del metallo, figurarsi attraverso guarnizioni e premistoppa...

Paolo

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da mastrovetraio » 20 giu 2015, 10:51

Ma lo sai che hai il dono della chiarezza ? Rarissimissimamente ho avuto insegnanti paragonabili. Grazie del tempo che spendi per tutti noi.

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Re: Parliamo di Stirlng

Messaggio da maxlinux2000 » 20 giu 2015, 11:32

non vorrei smontare tutto questo entusiasmo.... ma qualcuno potrebbe fare un conto di quanto verrebbe a costare mettere assieme un sistema stirling del genere, completo di tutto (battterie escluse), per produrre per esempio 500W elettrici?
Per esempio mettimo che il sistema debba produrre 5kWh al giorno prendendo il calore dalla stufa di Ferrobattuto, che è accesa in inverno, almeno 10 ore al giorno.
500W * 10 ore = 5kWh.
Naturalmente la corrente deve venire generata da un alternatore collegato ad un regolatore e a 20kWh di batterie al piombo.
Nel conto non includiamo le batterie, ma si invece l'alternatore e il regolatore, perché fanno parte della produzione elettrica.
Fermarsi alla solo forza emccanica non è sufficiente.
L'alternatore, giusto per semplificarsi la vita, potrebbe anche essere uno da camion a 24V 100A, mentre il regolatore potrebbe essere un mppt economico da 30A.

lo chiedo perché non vorrei che un sistema fotovoltaico + generatore di emergenza (gas/benzina/diesel/woodgas) non sia molto più economico e affidabile.

ciao
MaX
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