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Energia Alternativa ed Energia Fai Da Te > Software Solare, Termico, Eolico, Meccanico... e Dati

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Progetto Stirling solare a membrane, una sfida alla semplicità
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Lupo cattivo

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Inviato il: 12/2/2009,15:40

Temo di avere confuso il lavoro con la potenza. faccine/sad.gif
Abbi pazienza libero, son passati tanti anni.
Intanto sono andato a ripassare P=L/t
Era quello che intendevo. Vergogna , vergogna su di me per aver dimenticato dei concetti fondamentali.
Insomma quanti wattini ottieni.
Il wattino equivale al watt, ma è molto più simpatico perchè fatto in casa faccine/biggrin.gif
Temo di non aver capito, 10 watt per metro quadro?
Ma quel motore stirling che hai costruito e che si vede girare, grossomodo, quanti watt produce?

 

Libero51

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Inviato il: 13/2/2009,09:51

CITAZIONE (Lupo cattivo @ 12/2/2009, 15:40)
. . . grossomodo, quanti watt produce?

Ciao a tutti e ciao Lupo . Considerando che con la potenza di un watt ci vuole un secondo per sollevare di un metro un Newton (un etto circa) , il modellino . . . grossomodo . . . può fornire un paio di watt. . .
che delusione vero ? Ho dovuto concretamente provare a frenare il volano con la mano per capire il motivo per cui i motori stirling usati prima del motore a vapore erano . . . enormi.

Hai quindi capito bene se con un'applicazione solare ipotizzo una potenza di una decina di watt al metroquadro. Vedremo . . .

Ho completato il programmino del simulatore solare gamma da 1/4 di metroquadrato e funziona con le librerie installate con la versione precedente.

Stò preparando una piccola relazione ma intanto ecco il file eseguibile.

Un saluto a tutti.

http://www.energialternativa.info/public/newforum/ForumEA/M/stirling_solar_jpg.jpg




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stirling_solar.rar

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Libero51

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Inviato il: 14/2/2009,07:37

CITAZIONE (Libero51 @ 13/2/2009, 09:51)
. . . Stò preparando una piccola relazione . . .

Ciao a tutti , ecco la relazione:

Relazione sul programma Solar Stirling 1.1

Il dispalacer del motore è costituito da due pareti metalliche di 85 x 30 cm parallele distanziate di 6,5 cm da un telaio in legno. All'interno del displacer scorre un pannello di poliuretano da 2 cm con un paio di cm di gioco sul perimetro per consentire una buona circolazione dell'aria tra le due pareti . La parete calda , isolata da un vetro viene riscaldata dal sole ed eventualmente da un paio di specchi piani per portare la temperatura oltre i 100 °C , la parete fredda rimane in ombra e si ipotizza che la sua temperatura possa raggiungere i 50 °C. . La membrana in gomma vulcanizzata o meglio al silicone ha una dimensione di 20 x 20 cm ed il raggio della manovella è di 2 cm. Con queste dimensioni il volume del displacer è di circa 10 litri ed il volume sviluppato dalla membrana è di circa un litro, si ipotizza uno spazio morto di circa un litro. Sul diagramma PV sono tracciate le isobare corrispondenti alla temperatura ambiente di 25°C ed alle temperature di 50°C e 100 °C delle due pareti.
Sulle ascisse il cursore sulla la scala dei volumi indica la variazione di volume provocata solo dalla membrana , il volume varia quindi tra 10 +1 = 11 litri e 10 +1+1 = 12 litri.
Sulle ordinate il cursore indica la pressione all'interno del motore e la linea orizzontale indica la pressione atmosferica. La non presurrizzazione del motore , ed un'eventuale valvola di sfiato permettono di eguagliare la pressione media all'interno del motore a quella atmosferica. Nei vari istanti la pressione varia di circa 1 atm +/- 0.06 atm.
Se il displacer fosse sigillato da solo , lo spostamento della parete mobile provocherebbe una variazione di pressione calcolata come segue:

PV = mRT : P = mRT/V : m,R,V costanti quindi P = kT quindi P1/T1 = P2/T2 per cui

P2 = P1 ( T2/T1) : considerando P1 = 1 P2 = (273+100)/ (273+50) = 1,15

considerando lo scarto rispetto alla pressione media di 1 atm tale scarto vale 1 +/- 0.075 atm.

Lo spazio morto e l'espansione della membrana riducono tale scarto a circa +/- 0.06 atm.

In basso a sinistra il quadratino indica la taratura "energetica" del diagramma. Tale quadratino si riferisce all'energia di un litro di aria alla pressione di un decimo di atmosfera. L'energia corrispondente a tale superficie vale circa : 1 N/cm2 x 1000 cm3 = 1000 Ncm = 10 Nm = 10 Joule.

La pressione massima di 0.06 atm che agisce all'interno del motore provoca una spinta sulle pareti calda e fredda di circa : 0,06 Kg/cm2 x 2500 cm2 = 150 Kg . ! quindi le pareti devono essere sufficientemente robuste per sopportare almeno 300 Kg di spinta. Ho dimensionato le pareti strette e lunghe per meglio sopportare tale spinta.

La pressione massima di 0.06 atm provoca una spinta sulla membrana di circa :
0,06 Kg/cm2 x 400 cm2 = 24 kg , la membrana deve essere sufficientemente robusta per sopportare almeno 50 Kg .

La spinta mssima di 24 Kg agisce su un raggio di 2 cm provocando una coppia massima di :
240 N x 2 cm = 480 Ncm = 4,8 Nm e una coppia media di circa 2 Nm.

Non si sono considerate le inefficienze di scambio termico tra aria e pareti e le perdite meccaniche e dinamiche dell'aria dentro il displacerche potrebbero facilmente ridurre del 50% il risultato finale riducendo la coppia a 1 Nm. (Salomone mi aiuta).

Una coppia di 1 N/m se il motore girasse ad 1 giro al secondo (60 giri al minuto) svilupperebbe una potenza di : 1 N x 6,28 m/s = 6,28 Watt.

L'energia di 10 Joule del rettangolo in basso a sinistra sviluppata in un secondo (un giro al secondo) comporta la potenza di 10 Watt e in tal senso indica una potenza.

Se paragonate tale superficie con la superficie del ciclo la potenza di 6 Watt mi pare sufficientemente credibile per tentare la costruzione del prototipo.


Un saluto a tutti


http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1234593038.jpg




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stirling_solar_1_1.rar ( Numero download: 220 )

 

NonSoloBolleDiAcqua

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Inviato il: 14/2/2009,18:53

Ho letto tutto tutto...bel lavoro...ho inviato una email alla Vela...speriamo partecipi.
Ciao
Bolle



---------------
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FLYER41
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Inviato il: 19/2/2009,12:34

Buon giorno a tutti, sono nuovo del Forum, ma Vi seguo con interesse da un pò.
Innanzi tutto vorrei farvi i complimenti per l'ottimo lavoro.
Vorrei umilmente, e se dico una cavolata perdonatemi, sollevare una questione che mi è venuta in mente seguendo il progetto.
Ho visto che avete ipotizzato una temperatura della parete calda di 100°, mentre quella della parete fredda a 50°.
Nell'ipotesi di raffreddare ulteriormente la parete fredda,(per esempio riscaldando acqua), ed aumentando quindi il salto termico, non aumenterebbe il rendimento?
Cordialmente.

 

Libero51

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Inviato il: 20/2/2009,10:15

CITAZIONE (FLYER41 @ 19/2/2009, 12:34)
. . . raffreddare ulteriormente la parete fredda,(per esempio riscaldando acqua), ed aumentando quindi il salto termico, non aumenterebbe il rendimento?

Ciao a tutti e ciao FLYER41 ,raffreddando ulteriormente la parete fredda e riscaldando ulteriormente la parete calda il rendimento aumenta sicuramente. Tieni presente che tutta la questione è regolata dal teorema di Carnot che determina il rendimento massimo teorico di una macchina termodinamica che lavora tra le due temperature T_fredda e T_calda. In pratica la difficoltà è quella di realizzare una serie di compromessi costruttivi per raggiungere un risultato soddisfacente.
In questa discussione mi sono posto un obiettivo tanto difficile quanto semplice.
Il bisticcio dei termini nasce dalla considerazione che prestazioni elevate sono raggiungibili con tecnologie costose e quindi precluse alla possibilità di un ragonevole fai da te.
Sto cercando una soluzione alla portata di buona parte di chi ,con pochi mezzi e tanta passione, voglia cimentarsi in una realizzazione pratica che potrebbe raggiungere qualche decimale della prestazione di un pannello fotovoltaico. L'obiettivo ha un senso se i materiali da impiegare costano veramente poco e la costruzione risulta sufficientemente semplice.
Temperate inorno ai 100 °C possono inoltre essere facilmente realizzate con l'irraggiamento solare ed eventualmente con un paio di specchi. Il pannello del displacer deve essere leggero e il poliuretano non consente di andare molto oltre . L'idea di sfruttare bassi salti termici comporta realizzazioni dove si muovono grandi volumi di aria e bassi regimi di rotazione. La piccola pressione determinata dal piccolo salto termico agendo su volumi e superfici grandi provoca su tali superfici spinte notevoli.
Come vedi i compromessi sono tantissimi e lo spazio per le idee è notevole.

Allego l'attuale versione del programmino , ho previsto il funzionamento con diverse temperature e diversi volumi della membrana per rendere (spero) più evidente come tali variabili influenziono la coppia motrice , l'energia e la potenza.

Non ho trovato sul Web una documentazione attendible sul dimensionamento dei due volumi displacer/membrana in funzione del salto termico disponibile.
La tesi espressa nella relazione mi lascia ancora perplesso e ammetto di non avere ancora le idee chiare su questo aspetto fondamentale.




Un saluto a tutti

http://www.bsrsolar.com/core1-1.php3

http://www.suction.co.jp/stirling/ya2.html




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stirling_solar_1_2.rar
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Libero51

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Inviato il: 20/2/2009,22:56

CITAZIONE (Libero51 @ 4/2/2009, 11:43)
. . . è necessario che il cinematismo realizzi variazioni di volume minori.
Di quanto? questo è uno dei segreti dello stirling e porta inesorabilmente al fallimento chiunque pensi di usare una configurazione alfa con salti termici così esigui.

Ciao a tutti , mi dire mai , il link :

http://www.suction.co.jp/stirling/seMove/yamaMove.html

dimostra che la mia affermazione era stata imprudente. Il modellino è molto interessante e spiega il funzionamento di quel motore stirling alfa con basso salto termico. Nel diagramma PV si notano tre cicli corrispondenti ai volumi dei due pistoni (rosso e blù) e la loro somma è il ciclo verde. Il ciclo verde è di molto distanziato dagli altri due e tale distanza è dovuta al grande volume costante di spazio morto occupato dai radiatori caldo e freddo. Notate come i tre cursori si muovano verticalmente tutti insieme indicando che la presione varia uniformemente in tutto il motore. La disposizione alfa per bassi salti termici è possibile con un grande volume di spazio morto che riduca opportunamente il rapporto di compressione . Tale spazio morto nel modello è occupato dai radiatori ma potrebbe anche ospitare un generoso rigeneratore di retine metalliche. Penso ci sia ancora un bel pò di lavoro di analisi teorica prima di mettere "in cantiere" il modello .
Ecco un'altro stirling alfa a bassa temperatura curioso . . . lattine tubetti e . . . acqua

http://makezine.com/images/07/stirlingengine.pdf

Dopo un pranzo, se volete stupire i ragazzini, prendete una bottiglia di vetro vuota ed una monetina.
Posate la monetina sopra la bottiglia e portate un paio di gocce d'acqua sul bordo della moneta. Per capillarità l'acqua sigillerà la bottiglia e adesso . . . abracadabra posate i palmi delle mani sulla bottiglia. Dopo qualche secondo la monetina si solleverà leggermente con un click ed il fenomeno si ripeterà parecchie volte. Potrete tirare in ballo la forza del pensiero , o la vostra forza eccezionale capace di strizzare la bottiglia, ma in effetti quello è il vostro primo primordiale motore stirling.


Un saluto a tutti



 

NonSoloBolleDiAcqua

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Inviato il: 20/2/2009,23:44

CITAZIONE (Libero51 @ 20/2/2009, 22:56)

Non riesco a vedere l'immagine.... faccine/sad.gif



---------------
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Un risultato se non è ripetibile non esiste (by qqcreafis).

 

Libero51

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Inviato il: 21/2/2009,07:44

CITAZIONE (NonSoloBolleDiAcqua @ 20/2/2009, 23:44)
CITAZIONE (Libero51 @ 20/2/2009, 22:56)

Non riesco a vedere l'immagine.... faccine/sad.gif

Ciao Bolle , l'immagine è un applet Java molto carino, un vero condensato di informazioni utili. Dovrebbe vedersi regolarmente con le librerie Java necessarie per la Chat ( Le prime volte mi compariva il logo arancione con la tazzina fumante)
Oltre al diagramma PV si nota il diagramma cinematico . Lo sfasamento volumetrico tra i pistoni è di 150 gradi .L'asse delle pressioni ha un'errore sull'unità di misura che su quella scala dovrebbe essere [KPa] e non [Pa]. La pressione atmosferica vale appunto 100 KPa e il diagramma mi conferma , per la prima volta in modo così esplicito, che la pressione media del ciclo è appunto quella atmosferica con un fuzionamento a doppio effetto dovuto alternativamente alla pressione e depressione , da 90 a 115 KPa circa.

Anche il diagramma cinematico angolare spiega cose interessanti .(il valore 50 a metà della scala angolare è errato e vale ovviamente 180) . Il volume complessivo non scende mai dai valore 0,05 e la variazione di volume e di soli 0,01 visto che il massimo quasi non raggiunge 0,06 m3 . Interessante scoperta: il volume totale è di circa 60 litri di semplice aria è compatibile con la mia idea di lamiera, legno, poliuretano e membrana.
Ho capito l'errore in cui ero incappato nella prima analisi di applicazione del motore tipo alfa per basse temperature. Spinto dalla ricerca del rendimento avevo previsto uno spazio morto del 10% del volume percorso da ciascuna membrana mentre il modello ha uno spazio morto di quasi il 150% del volume percorso da ciascun pistone.
In queto modo si rende compatibile con il basso salto termico il basso rapporto di compressione.


Un saluto a tutti . . . mi preoccupano le due . . . tonnellate

http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/academi...ama2/index.html


Ciao a tutti




Modificato da Libero51 - 21/2/2009, 21:52
 

Lupo cattivo

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Inviato il: 23/2/2009,10:50

Una cosa non capisco.
Il motore Stirling ha, in teoria, rendimenti interessanti, ma all'atto pratico un modello come quello che tu hai realizzato e, aggiungo io, con particolare bravura e dovizia, produce un paio di watt.
Per avere un po' di watt occorre usare dei motori mastodontici, con costi elevati.
Il mio motorino a vapore grosso quanto due mani, regalo dei 13 anni, ricordo che produceva elettricità che non ho mai quantificato, ma che accendeva le lampadine a basso voltaggio funzionando con due barrette di meta (metaldeide) .
Certo produceva più di 2 watt.
Ovvio il salto termico era maggiore, ma ...
Perchè allora questa passione per i motori Stirling?
La rete è piena di modelli, studi, realizzazioni disparate che hanno utti la medesima cartatteristica: non sono sfruttabili praticamente se non come soprammobile da salotto.
Perdonami Libero, so che hai un amore per i motori Stirling e questa mi osservazione forse non ti farà piacere, io ho perso interesse quando ho letto dei 2 watt.
Forse sono troppo concreto oppure mi manca questa passione per i calcoli termodinamici.

 

Libero51

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Inviato il: 23/2/2009,18:41

CITAZIONE (Lupo cattivo @ 23/2/2009, 10:50)
Una cosa non capisco.
Il motore Stirling ha, in teoria, rendimenti interessanti, ma all'atto pratico un modello come quello che tu hai realizzato e, aggiungo io, con particolare bravura e dovizia, produce un paio di watt.
Per avere un po' di watt occorre usare dei motori mastodontici, con costi elevati.
Il mio motorino a vapore grosso quanto due mani, regalo dei 13 anni, ricordo che produceva elettricità che non ho mai quantificato, ma che accendeva le lampadine a basso voltaggio funzionando con due barrette di meta (metaldeide) .
Certo produceva più di 2 watt.
Ovvio il salto termico era maggiore, ma ...
Perchè allora questa passione per i motori Stirling?
La rete è piena di modelli, studi, realizzazioni disparate che hanno tutti la medesima cartatteristica: non sono sfruttabili praticamente se non come soprammobile da salotto.
Perdonami Libero, so che hai un amore per i motori Stirling e questa mi osservazione forse non ti farà piacere, io ho perso interesse quando ho letto dei 2 watt.
Forse sono troppo concreto oppure mi manca questa passione per i calcoli termodinamici.

Ciao a tutti e ciao Lupo , raramente cito integralmente un intervento ma questa volta il ragionamento fila talmente bene che non me la sono sentita di ridurre una sintesi. La tua osservazione mi fa molto piacere e quello per lo stirling non è amore . . . Non vorrei che Povia nè aprofittasse al prossimo festival. Più di un anno fa, ho incominciato a studiarlo , spinto dall'applicazione Whisper e SunPower (caldaiette a gas e grandi concentratori solari). Mi sono reso conto che la tecnologia impiegata in tali progetti era inavvicinabile ed il modellino funzionante è servito solo a comparare la "pratica" con la "grammatica" che piano piano ho imparato programmando il simulatore. Non è un caso che il motore a vapore abbia messo in soffitta lo stirling ed il tuo motorino grosso quanto due mani è lì a confermare la storia. Per quanto mi riguarda la discussione del buon rendimento termodinamico dello stirling è questione di lana caprina se non eiste un "facile" modo per sfruttarlo. Esistono comunque quelle due sorgenti di calore alla portate di tutti , l'impianto di riscaldamento ed il sole .( A volte sono invidioso di eneo e del suo eolico , ma da me il vento non soffia.). Un applicazione del motore a vapore sulla mia caldaia a legna potrebbe permettere una discreta cogenerazione con recupero del calore di condensazione. Ho comprato nei recuperi un bel sebatoio in inox con una generosa serpentina che potrebbe servire egregiamente a costruire il condensatore di un impianto a vapore con ricircolo.Se non ho ancora abbandonato stirling per rankine è ormai solo per una questione antiinfortunistica. Ritengo che per un "fai da te" la gestione di un'impianto con vapore in pressione è sconsigliabile , a parte il necessario rispetto di una normativa rigorosa, davvero non me la sento di proporla per i pericoli connessi a incidenti anche gravi. Un caro amico, ingegnere termodinamico, abituato a considerare grandi numeri ed economia di scala , mi ha ultimamente messo in guardia anche rispetto a questa ultima soluzione per impianti di potenza inferiore ai . . . MegaWatt .
Ma allora . . .
Volendo continuare il gioco dell'amore , non amo il pannello fotovoltaico perchè troppo costoso e . . . me la da facilmente . . . l'energia . Non sono così stupido da non capire che è attualmente la migliore soluzione. ( energia al triplo del costo Enel ).
Ma allora . . .
Non mi rimane altra via di tentare l'obiettivo di questa discussione che affronto serenamente pur sapendo che il risultato sarà certamente scarso. Rimane questo spazio ridotto che tu hai ben individuato e che per dei cultori del fai da te è comunque interessante. Non un soprammobile ma un acrocco che con poca spesa mantenga accese, in giardino, un paio di lampadine a basso consumo tutta la notte . . . Per combattere . . . il buio.

Mi pare che i giapponesi che hanno costruito quel mostro da due tonnellate che non ha nemmeno la potenza dell'aspirapolvere siano andati veramente fuori strada.


Un saluto a tutti





 

Libero51

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Inviato il: 7/3/2009,15:35

CITAZIONE (Libero51 @ 23/2/2009, 18:41)
. . . quel mostro da due tonnellate . . .

Ciao a tutti , a proposito di mostri , di sogni , incubi e reperti archeologici . . . egizi ?
Vi presento S A S
Il peggiore incubo . . .


http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1236436425.jpg

Un saluto a tutti

P.S. Questa volta ci sono anche i sorgenti.




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Libero51

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Inviato il: 11/3/2009,22:38

Ciao a tutti.

Uno degli argomenti più richiesti dai costruttori di motori stirling “fai da te” riguarda il dimensionamento dei volumi caratteristici del motore. Non ho trovato documentazioni a riguardo e sarei grato a chi voglia fornire indicazioni a riguardo. Ho cercato di trovare una soluzione ragionando sul motore tipo gamma perché sono abbastanza vicino alla costruzione del prototipo solare a bassa temperatura non pressurizzato. (più scadente non si può. . . )

Il ragionamento che segue mi pare comunque valido anche per motori più performanti.

Supponiamo un displacer da 10 dm3 che operi tra due temperature di 50°C e 100 °C ;quale potrà essere il ragionevole volume del cilindro motore ? .

Durante il funzionamento la pressione media si stabilizza sulla pressione atmosferica ed all’interno del cilindro motore la temperatura media si stabilizza sul valore intermedio di 75 °C.

Immaginiamo di portare il displacer a metà corsa , alla pressione atmosferica , a quella temperatura media di 75 °C il volume di aria contenuto è di 10 dm3.

Spostiamo prima il displacer in modo che tutta l’aria lambisca la parete a 100 °C . Se tutta l’aria si riscaldasse a tale temperatura (efficienza 100%) alla pressione atmosferica tale aria occuperebbe un volume di :
V1 = 10dm3
T1= 273+75= 348 °K
T2 =273+100=373 °K
V1/T1 = V2/T2 : V2 = V1 x T2/T1 :V2 = 10 x 373/348 = 10,72 dm3

Spostiamo ora il displacer in modo che tutta l’aria lambisca la parete a 50 °C . Se tutta l’aria si raffreddasse a tale temperatura (efficienza 100%) alla pressione atmosferica tale aria occuperebbe un volume di :
V1 = 10dm3
T1= 273+75= 348 °K
T2 =273+50=323 °K
V1/T1 = V2/T2 : V2 = V1 x T2/T1 :V2 = 10 x 323/348 = 9,28 dm3

La variazione complessiva del volume dell’aria contenuta nel displacer a pressione atmosferica è quindi di
10,72 - 9,28 =1,44 dm3.

Questa variazione di volume avverrebbe se la velocità del motore fosse lentissima (teoricamente infinitamente lento ) . In realtà l’aria non ha il tempo di adeguare la propria temperatura a quelle delle pareti e quindi la variazione di volume sarà tanto minore tanto più velocemente sarà la velocità del motore. Questo ragionamento mette in evidenza l’importanza fondamentale dell’efficienza di scambio termico sul funzionamento del motore .
La curva meccanica di un tale motore è stabile perché l’aumento del carico ,rallentando il motore, migliora lo scambio termico e provoca l’aumento della coppia motrice.
Anche l’aumento della differenza tra le due temperature di funzionamento migliora lo scambio termico, aumenta la coppia e quindi la velocità a carico costante.

Ho intenzione di provare , in queste condizioni un cilindro motore o una membrana che sviluppi un volume di 1 dm3 e verificare cosa succede.

Sto ultimando le modifiche al programma teorico didattico che consentirà di variare volumi del cilindro motore e temperature di funzionamento per poter valutarne gli effetti..

Un Saluto a tutti.




Modificato da Libero51 - 12/3/2009, 09:15
 

Libero51

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Inviato il: 14/3/2009,07:32


CITAZIONE (Libero51 @ 11/3/2009, 22:38)
. . . Sto ultimando le modifiche al programma teorico didattico che consentirà di variare volumi del cilindro motore e temperature di funzionamento per poter valutarne gli effetti..

Ciao a tutti , ecco la versione 1.3 . Se qualcuno ha il "coraggio" e la voglia di leggere la relazione sono a disposizione per correzioni e chiarimenti.

Un saluto a tutti.

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1237013907.jpg







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stirling_solar_1_3.ra

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Libero51

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Inviato il: 2/7/2009,15:26

Ciao a tutti , qui le membrane non ci sono ma potrebbero esserci . . .
Le ripetute discussioni sul magnetismo devono avermi fatto male . . .
a forza di veder magneti conditi in tutte le salse , perchè non immaginare un nuovo "linkaggio" magnetico tra displacer e pistone motore stirling ? . . .per un motore lento e grosso . . . come me ? . . . faccine/sick.gif
magari presurrizzato , rotativo o lineare . . . magari . . .



http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1246544258.jpg

http://digilander.libero.it/Libero_51/Stirling.html

Un saluto a tutti

 
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