Motori Stirling., Interessanti ma...

Apro questa discussione perche è da qualche mese che viene l'idea di fare un prototipo di motore Stirling in scala. Tipo un motorino da modellini. Ma... non volevo reinventare l'acqua calda. Mi spiego meglio.
Tutti sapete cos'è un motore Stirling vero? No? Documentatevi. Cercate con Google come ho fatto io, leggete e studiate. Se avete il pallino della meccanica o se siete come Doc Brown capirete subito o quasi quali sarebbero le potenzialità di questo tipo di motore. In due parole: Non funziona a combustibile ma non significa che genera energia dal nulla. Ha il suo bravo rendimento inferiore di molto a 1. Lo sterling sfrutta solo un salto di temperatura e a detta di molti anche basso. Un basso salto di temperatura non significa bassa energia, badate bene, temperatura non è calore.
I pochi motori Stirling che ho visto in rete o pubblicizzati, sono molto complessi ed ermetici, nel senso come i compressori frigo, proprio perchè funzionano a gas compresso. Hanno guarnizioni a tenuta stagna che a lungo (anche non molto lungo) si deformano o si rompono. Insomma, se avete capito come funziona uno stirling, proprio a causa di queste delicatezze è antieconomico. Se non anche per il rendimento, se non è vero che è alto come dichiarato.
Ma perchè un motore che si basa su di un salto termico e non uno a combustione interna o esterna? Perchè è proprio la combustione che vogliamo eliminare, mancanza di combustibili, inquinamento, l'energia solare non produce fiamma (non ho detto che non brucia se no qualcuno poteva sostenere il contrario). Perciò, allego alcuni link per capire cos'è sto Stirling e poi se a qualcuno interessa parlarne sotto con i post.

http://www.stirlingengine.com/
http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/
http://www.stirlingenergy.com/whatisastirl...rlingengine.htm
http://www.k-wz.de/vmotor/stirling.html
http://www.grc.nasa.gov/WWW/tmsb/stirling.html

E poi arrangiatevi da soli

Oh bravi! Vi siete interessati, incuriositi? Allora ho cinque microsecondi per scrivere qualche cosa.
Prima di arrivare alle mie conclusioni vorrei che mi diceste se concordate con me su alcuni punti di questo ciclo termico.
Tutto il funzionamento del motore è basato su di un cilindro ermetico, vedi NASA, che ha una estremità calda ed una fredda. All'interno scorre un pistone (non particolarmente a tenuta sulle pareti del cilindro) che smuove l'aria dalla parte calda alla fredda e viceversa travasandola attraverso appositi scambiatori di calore. Una volta che il volue di aria (o cosa vi pare) passa dal lato freddo a quello caldo la pressione aumenta, tutte le volte che passa dal lato caldo a quello freddo la pressione si riduce.
Detto così è una fesseria. Perchè se spostiamo il "displacer" pistone che va ad occupare il volume dell'aria spostata non compiamo nessun lavoro, se si trascurano le solite perdite, perchè i due lati del cilindro sono in comunicazione. Non facciamo altro che avere un cilindro dove la pressione sale e scende a seconda del movimento del displacer interno senza compiere lavoro. (o quasi). Ora risulta semplice usare questa pressione che sale e scende per spostare un pistone in un cilindro e fargli compiere del lavoro utile.
Se non fosse che il pistone deve essere a tenuta stagna. Niente fasce normali e neppure speciali. Ci vogliono membrane. E le membrane prima o poi (di solito prima) si rompono, il gas esce ed il motore non funziona più, come ha detto Ginog. Fino a questo punto siamo d'accordo oppure ho già detto una bufalata senza ancora tirare fuori la mate?

Mi hanno quasi rubato l'idea. Non sapevo che già esistesse un ciclo di questo tipo. Praticamente l'ho reinventato. Se lo sapevo non ci stavo a perdere tempo.



Ma io sono andato oltre.
Ci sono alcuni bug nella descrizione di un motore così congegnato ed il rendimento finale non è quello dichiarato dalle formuline puramente teoriche appiccicategli sopra, il rendimento reale finale se ci sarà sarà molto basso. Quello che a noi interessa è un buon rendimento, prima di tutto. Ma può essere utile capire questo guazzabuglio di motore.

Abbiamo un cilindro che aspira aria ambiente fresca.
Al PMI (punto morto inferiore) si chiude la valvola di aspirazione e si apre quella di mandata. (Gli angoli di anticipo e posticipo trascuriamoli per ora)
Nella corsa verso il PMS (punto morto superiore) l'aria viene compressa in tutto il condotto di riscaldamento aumentando la pressione che si spinge il secondo cilindro che sarà più grosso di diametro, di superficie e quindi la forza che spingerà verso il basso sarà maggiore di quello piccolo di compressione, ma.... Ma quello di compressione avrà pure da comprimere. La pressione nei due pistoni è uguale. Se fossero uguali il motore non funzionerebbe affatto. Non cado nei calcoli delle potenze e dei rendimenti ma già a lume di naso il rendimento è molto basso.
Cosa diversa sarebbe se potessimo riscaldare l'aria fresca compressa dal cilindro compressore dopo che questo è arrivato al PMS e la valvola di mandata si è chiusa. Se l'espansione dell'aria avviene a valvola di mandata chiusa non ho la contropressione sul pistone compressore. Mentre il pistone propulsore ha a disposizione tutta la pressione dell'aria riscaldata per se. Si potrebbe interporre un serbatoio tra cilindro compressore e serpentina riscaldante mettendo una valvola tra serbatoio e serpentina.
Il cilindro apira e comprime nel serbatoio chiuso.
Raggiunto il PMS si chiude la valvola di mandata del compressore.
Si apre la valvola tra il serbatoio ed il pistone propulsore.
L'aria nel serbatoio si espande attraverso la serpentina che la riscalda e spinge il cilindro propulsore.
Naaa... non va.
L'aria comunque viene compressa rubando energia sul compressore.
L'aria fresca che viene aspirata si riscalda perchè viene compressa nel serbatoio rubando ancora rendimento.
Il serbatoio non viene svuotato completamente dell'aria che lo contiene anzi, pregiudica la spinta propulsiva dell'aria riscaldata nella serpentina ritornando indietro.
Se chiudessimo la valvola tra serpentina e serbatoio? =Paradosso.
Se la valvola deve stare aperta per fare defluire l'aria dal serbatoio non la possiamo chiudere per non farla tornare indietro.

Sono andato avanti e indietro con queste idee per un pò. Vediamo se anche a voi viene l'idea successiva...

Credo proprio di si Ginog, sotto una certa cilindrata non funziona perchè gli attriti consumano più energia di quella utilizzabile.

Comunque, io mi vorrei costruire tutto in miniatura, tanto per vedere se funziona, e se funziona in miniatura tanto meglio se è più grande. Intendo qualcosa tipo motorino da aeromodello, anche se so già che le potenze saranno infinitamente minori. Qualcosa di dimostrativo insomma.

Il caso dello stirling non è un paradosso, perchè l'energia in ingresso c'è, sottoforma di calore e quella resa sottoforma di energia meccanica è sicuramente inferiore. Anche nel bryton avviene qualcosa del genere.

Come il tuo motore di quando avevi 7 anni che con un pistone grande volevi spingere uno piccolo, nel bryton avviene realmente, uno piccolo spinge aria in quello grande poca aria ad alta pressione che diventa tanta aria ad alta pressione perchè il calore dello scambiatore la fa espandere. Ma il rendimento mi pare, e lo dico senza ragione di causa a lume di naso, che sia peggiore di quello di uno steerling. Fatemi cambiare idea.
Forse domani riesco a postare un disegnino della mia idea assurda o quasi.

L'ammazzasuocere? Lo sculacciamogli? Il pagatore automatico di bollettini postali?

Il problema del self starting è grave. Nei motori elettrici monofase si usano i condensatori, quelli trifase lo fanno da se perchè sono tre a 120 gradi, le turbine si avviano per quel verso a causa dell'inclinazione delle palette, i motori a ciclo otto o diesel non si avviano quasi mai figuriamoci, i motori a vapore hanno il cassetto delle valvole ad hoc, credo sia un bel casino sai Hike.
Ho cominciato a fare il disegno del motore Stirlington o Bryrling. Speriamo non venga come il rotativo ed il normale, il rotamale!
Ci sentiamo più tardi.




Eccoci, ho modificato il post di questa mattina ed ho aggiunto il disegno del principio di funzionamento del motore Bryting, (Bryton+Stirling).
Ed ecco come dovrebbe funzionare:
Le valvole "a" e "b" sono chiuse, la "c" è aperta ed il pistone "d" si trova al PMS. Il pistone scende ed aspira aria fresca dal condotto 1.
Al PMI il pistonei inverte il moto e la valvola "c" si chiude, la valvola "a" si apre e l'aria viene immessa nel condotto 2.
L'aria attraversa lo scambiatore "e" fino al condotto 3 e attraverso la valvola di ritegno fino alla camera 4 raffreddandosi.
Quando il pistone raggiunge il PMS la valvola "a" si chiude e la "b" si apre.
Il "displacer" "g" scende spostando l'aria fredda dalla camera 4 tramite il condotto 5 allo scambiatore di calore "h" dove si surriscalda ed esce dal condotto 6. Non può tornare indietro a causa della valvola di ritegno sul condotto 3.
L'aria surriscaldata attraversa la camera 7 ed il condotto 8 fino a spingere il pistone "d" in basso dandogli energia.
Quando il pistone arriva al PMI si apre anche la valvola "c" ed escono i gas caldi in eccesso (speriamo) dalla camera 7, dal condotto 8 e dal cilindro.
Si inverte il moto del pistone fino allo svuotamento del cilindro.
Al PMS le valvole "a" e "b" si chiudono ed il ciclo si ripete. (speriamo).
Che ne pensate?


Edited by Lawrence - 30/11/2005, 10:41