Motori termici, magnetici, elettrici, etc...
Realizzare un Motore Stirling ,Principi di funzionamento e realizzazione

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NonSoloBolleDiA...

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Msg:13786

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Inviato il: 19/12/2007,17:13

Visto che questo è il forum del fai da te, e visto che ci piace realizzare di tutto, ci poniamo l'obiettivo di realizzare un Motore Stirling.
E' facile parlare...ma per passare alla fase pratica...c'è il famoso mare.
Iniziamo dalla teoria...poi affronteremo la pratica.
Il principo di funzionamento di questo motore è conosciutissimo, ma cerchiamo di entrare in un dettaglio estremo sviscerando ogni aspetto teorico.
Cominciamo con il dire che la realizzazione di questo motore è alla portata di tutti...capito il meccanismo ognuno può realizzare tantissime varianti.
Iniziamo con il modello a mio avviso più semplice...poi vederemo come proseguire.
Bolle



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Chi sa raccontare bene le bugie ha la verità in pugno (by PinoTux).
Un risultato se non è ripet...

 

NonSoloBolleDiA...

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Msg:13786

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Inviato il: 19/12/2007,18:23

Cominciamo con il dire che lo Stirling è un motore a combustione esterna e sfrutta l'espansione/contrazione dei gas.

Per toccare con mano questa caratteristica dei gas facciamo un piccolo esperimento con una bottiglia di plastica da un litro e mezzo.
Visto che è invermo, mettiamo la bottiglia di plastica aperta sopra il termosifone e attendiamo un minutino in modo da far scaldare l'aria presente all'interno. Tappiamo la bottiglia e assicuriamoci che non ci siano perdite. Poi mettiamo la bottiglia fuori la finestra...e ...questa inizierà a fare rumori strani...e improvvisamente tenderà ridurre le proprie dimensioni...il gas all'interno della bottiglia si è compresso.
Possiamo fare anche la prova inversa,la bottiglia diventerà panciuta...e quindi il gas tenderà ad espandersi.
Provate...costa poco.
Bolle



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NonSoloBolleDiA...

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AMMINISTRATORE
Msg:13786

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Inviato il: 19/12/2007,19:41

Nel grafico vediamo come è composto questo semplice motore stirling e le sue varie fasi.
Successivamente cercheremo di realizzare un semplice modello con materiali comuni.
Bolle
PS:Ho cercato di rendere il tutto semplice e comprensibile, se alcune cose sono poco chiare...chiedete pure.

Immagine Allegata: Fasi_Stirling.gif

http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/Uploads/post-1935499-1198089664.gif




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NonSoloBolleDiA...

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Msg:13786

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Inviato il: 30/12/2007,20:05

Per capire le possibilità dei motori stirling vediamo il video del modello HB 11 che effettua 2500 giri al minuti alimentato da una candela.Ovviamente è un giocattolo...ma cosa ne dite?
Bolle






Modificato da NonSoloBolleDiAcqua - 23/1/2008, 22:15


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NonSoloBolleDiA...

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Msg:13786

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Inviato il: 16/1/2008,17:58

Per chi avesse dei dubbi sulle potenzialità dello stirling consiglio questa lettura. Non si tratta di giocattoli ma di ottimi motori, con prestazioni e campi di applicazione enormi.
http://digilander.libero.it/digitalrino/mo...%20Stirling.htm
Bolle



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Lawrence
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Msg:37

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Inviato il: 17/1/2008,15:08

Sempre senza voler debunkare i motori stirling, ma tanto per dire la verità e chi non ci crede provi che dopo ci crederà, non sono così eccezionali come si pensa. Infatti, se avete visto quant'è grosso quell'affare per produrre solo 500W... E da quanti watt è alimentato? Watt termici ovviamente, ma sempre watt...
Supponiamo che si usi una parabola di concentrazione di due metri quadrati di superficie netta, l'energia solare totale che colpisce quei due metri quadrati sarebbe di 2KW in pieno sole (qualcosa di più qualcosa di meno a seconda dei posti) con dei pannelli solari si ricaverebbe circa 300W di energia elettrico impegnabile (lo so che di picco forniscono il 18% ma non si arriva mai a quei livelli in pratica) Il costo, senza inverter, nè istallazione nè altro, non compreso neppure nel motore è di circa 2400 euro e fine del lavoro. Ora, viene da chiedersi, se con quell'acrocchio di motore si riesce ad essere più competitivi.
Ma se usassimo il fuoco di un camino, o il calore di qualcosa, mica possiamo usare i pannelli FV in questo caso.
Certo che no. Allora lo stirling acquisirebbe il suo vero valore. Ma siamo sicuri di riuscire ad ottenere del calore a sufficienza per far andare il motore senza bruciare la foresta amazonica in un'ora? Una volta si facevano andare le locomotive a vapore, ma quanto carbone bruciavano ed il ciclo termico era il rankine con salto di fase e sovralimentazione della caldaia con il vento da sotto la locomotiva...
Poi, supponiamo che il carico elettrico di un cotanto motore da una decina di KW varia, cosa succede al numero di giri del motore stirling?
Ecco i dubbi che restano anche dopo aver visto il prototipo, anche ben fatto e l'esattezza (almeno mi pare) dei calcoli teorici.
Ah, i calcoli teorici sono una cosa, le curve rilevate sotto carico al banco un'altra ma queste non sono state pubblicate. Per mancanza del banco, o per non fare inorridire la gente... faccine/unsure.gif
Meditate, meditate...

 

NonSoloBolleDiA...

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AMMINISTRATORE
Msg:13786

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Inviato il: 17/1/2008,15:39

Lawrence,
sulla grandezza ti riferisci allo stirling da 1.5 kw?
Cmq, visto che parli di rendimento non ti piacerebbe avere un motore silenzioso, che duri molto e che inoltre recuperi il 50% di energia termica?
Nessun motore ha questa efficienza.
Un'azienda neozelandese ritiene che questo tipo di motore possa essere usato nelle abitazioni, potrebbe bruciare metano e produrre elettricità e riscaldare l'acqua domestica, mentre la svezia ha già tre sottomarini il cui sistema di propulsione si basa su questo motore.
Non concordi?
Ciao
Bolle



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Lawrence
Watt


Utente
Msg:37

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Inviato il: 17/1/2008,18:12

Avere un motore termico anche a metano con il 50% di rendimento piacerebbe a chiunque. Ma non è così impossibile, il Dachs, un motore tedesco ha un rendimento termico totale del 95% perchè fornisce 20KW totali di cui 5KW sono elettrici e 15KW sono termici perchè usa la cogenerazione. Non serve un granchè andare a cercare motori strani per produrre calore. Ma se vuoi sfruttare salti di temperatura bassi, sono d'accordo che occore uno stirling o simile, ma ti scordi i rendimenti alti.
Non è che non credo che i neozelandesi costruiscano un motore stirling, non credo che quel motore sfrutti il salto termico della stufa per produrre energia elettrica per far funzionare tutta la casa in modo corretto.
I sottomarini possono anche funzionare con degli stirling, vorrei sapere dov'è la convenienza visto che possono usare un motore elettrico alimentato da propulsione nucleare, ma di sicuro se così è non funziona con il salto termico prodotto dalle meduse.
Vedi, non esiste una verità unica, ci sono condizioni "analogiche" di verità e spesso queste verità sono dei compromessi.
Ripeto, non sto cercando di affossare "il motore stirling" ma di rivelarne i punti deboli e vagliare quando e come si possa usare e come ingegnerizzarlo eventualmente al meglio, e cosa se ne può ottenere.
Non si può credere a tutto quanto si trova in rete altrimenti dovremmo anche credete all'insalatiera atomica di Stranger... faccine/laugh.gif

 

NonSoloBolleDiA...

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PetaWatt


AMMINISTRATORE
Msg:13786

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Inviato il: 17/1/2008,18:26

A me basta credere ai testi scientifici, le chiacchiere stanno a zero.
Lo stirling ha un rendimento molto più alto dei motori a scoppio.
Non è detto che dobbiamo utilizzarlo per produrre energia elettrica...ma può anche essere utile per trasformare l'energia termica in energia meccanica.
Per fare un esempio pratico lanciamoci su questa discussione:
Mi piacerebbe partecipassi attivamente anche tu.
Ciao
Bolle



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zamux
milliWatt


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Msg:1

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Inviato il: 10/5/2009,18:37

Complimenti per la spiegazione del funzionamento stirling... ho girato 50 siti diversi per capirlo, ma solo qui ho trovato una spiegazione chiara e essenziale complimenti.

 

NonSoloBolleDiA...

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PetaWatt


AMMINISTRATORE
Msg:13786

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Inviato il: 11/5/2009,05:59

zamux benvenuto tra noi.
Se può interessarti nel forum è presente una spiegazione teorica molto elegante . Se ti occorrono altre informazioni puoi chiedere Libero51.
Ciao
Bolle



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1012luce
milliWatt


Utente
Msg:4

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Inviato il: 15/5/2009,16:19

Chiedo scusa per l'intromissione,
ma gradirei sapere se è possibile acquistare
questo pezzo che c'è in questo filmato:
http://www.youtube.com/watch?v=YvtekHPzbUw...ec-HM-fresh+div
Visto che in rete qulcosa si trova come modellini.
In più mi piacerebbe sapere......
secondo voi per produrre 5 kW
quanto grande deve essere il motore
Chiedo scusa fin da subito per la banalità delle
domande ma non sono ne un fisico ne un ingegnere meccanico.

 

Libero51

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GigaWatt


Utente
Msg:1276

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Inviato il: 16/5/2009,07:31

Ciao a tutti e ciao 1012luce, ti sconsiglio di spendere un euro prima di aver capito molto bene a che cosa vai incontro,

l'intervento che segue spiega cosa ho capito . . . e dove tento di arrivare.

E' ora di sottoporre alla critica di tutto il forum una serie di interventi su questo argomento che , per ora ho esposto solo ai moderatori. Non aspettatevi nulla di esaltante, nulla di performante, solo un 'indagine di soluzione a bassa tecnologia ed efficienza , grande volume e relativamente bassso costo.
L'analisi teorica è per me sufficiente e con molta esitazione sto pensando di tentare la costruzione di un prototipo . . . semplice.



Dopo le "puntate" di termodinamica mi sembra venuto il momento di fare quattro conti “della serva” per capire dove mi sta portando l’idea di realizzare un motore stirling “relativmente” semplice ed economico.

L’esempio non mi sembra realisticamente proponibile ma serve per sviluppare un criterio di dimensionamento e prevederne anche solo grossolanamente la potenza .

Supponiamo di avere un contenitore “displacer” di un metro quadrato di superficie spesso 20 cm . Al suo interno una parete mobile spessa 15 cm provvede con un’opportuno stelo a tenuta a spostare l’aria tra le due grandi superfici.. In una tale struttura il volume di aria è di circa:

dm 10 x dm 10 x cm (20-15) = 50 litri

Collegato ad esso un cilindro pneumatico di 10 litri di cilindrata (10.000 cm3) permette un rapporto tra i due volumi di 5 volte.

Un tale cilindro ha una corsa di 20 cm ed una superficie di 500 cm2 (diametro di circa 25 cm) non particolarmente robusto per la piccola pressione di esercizio.

Lo stelo del displacer e la biella del pistone sono collegati a 90° con opportuno leveraggio.

Questo è il nostro motore stirling di riferimento.
(nella gif animata sottostante le corse del displacer e del pistone sono uguali )

Collocando un doppio vetro sulla parete annerita esterna del displacer (quella senza stelo) ed un paio di grossi specchi opportunamente orientati al sole penso che si dovrebbero raggiungere i 200°C ma siccome l’aria calda verrà continuamente spostata verso la parete fredda supponiamo che l’equilibrio sia di soli 150 °C.

Supponiamo di raffreddare la parete opposta con opportuni accorgimenti in modo che la temperatura rimanga stabilmente a 50 °C.

Un piccolo foro , assicura che la pressione media nel nostro motore sia quella atmosferica e la temperatura media sarà di :

(150°C + 50 °C ) = 100 °C = 373 °K

Lo scarto di temperatura sarà quidi di +/- 50 °C = +/- 50°K

Siccome l’aria , spostata dalla parete mobile del displacer , non ha il tempo di scaldarsi e raffreddarsi completamente supponiamo che lo scarto reale di temperatura sia di soli :

+/- 40°K

Se il displacer fosse sigillato da solo , senza collegamento al cilindro motore , muovendo lo stelo collegato alla parete mobile il volume rimarrebbe costante (isocora) e quindi la pressione varierebbe di :

P1/T1 = P2/T2 : P2 = P1 (T2/T1)

Con : P1 = 1 atm , T1= 373°K , T2 = 373 °K +/- 40°K

P2 max = 1 x (373+40) / 373 = 1.11 atm
P2 min = 1 x (373-40) / 373 = 0.89 atm

Lo scarto di pressione sarebbe di circa +/- 0,11 atm.

In effetti il volume non rimane costante perché il pistone motore si muove abbassando lo scarto di pressione di circa il 30 %

Rimane quindi uno scarto di pressione utile di soli 0,08 atm che agisce sul pistone motore.

Valutiamo ora le spinte sul displacer e sul pistone motore.

La pressione di 0.08 atm corrisponde a circa 0.8 N/cm2

Tale pressione e depressione esercita sulle pareti del displacer una spinta di :

0.8 N/cm2 x 10000 cm2 = 8000 N ovvero circa 800 kg

e sul pistone motore una spinta di :

0.8 N/cm2 x 500 cm2 = 400 N ovvero circa 40 kg.

Durante la corsa del pistone tale spinta è massima a metà corsa ed è nulla ai punti morti, possiamo grossolanamente valutare una spinta media di 20 Kg per una corsa di 20+20 = 40 cm.
L’energia sviluppata per ogni giro risulta quindi di circa :

200 N x 0.4 m = 80 Joule

Arrivato fin quì penso di aver mantenuto , un discreto rapporto tra il mio sapere teorico e la mia praticaccia . Il punto cruciale adesso è valutare quanti giri al secondo possa sviluppare un simile mostriciattolo .

Azzardo quindi un paio di giri al secondo che corrispondono ad una potenza di 160 Watt.

Considerando la radiazione solare di 1 kW /mq e la superficie di 3 mq del displacer e degli specchi si arriva ad una valutazione “spannometrica” di un rendimento meccanico di circa il 5%.

Lungi dal tirar conclusioni e sperando di non aver “toppato” in modo grave mi sembra che da una tecnologia di inizio del secolo scorso non si può pretendere di più.

Il confronto con la semplicità di un pannello fotovoltaico è evidente , d’altra parte lo scarto di tecnologia impiegata è enorme.

Ho preso a riferimento il metroquadro di displacer, con una superficie minore , mantenendo inalterata la superficie di specchi aumenta la concentrazione solare, la temperatura ed il rendimento.


Prima di pubblicare questo intervento mi farebbe piacere leggere le vostre opinioni.

Un caro saluto a tutti.

P.S. Ho fatto qualche progresso con le gif animate. Ho usato VB per preparare i frames e Beneton Movie Gif per assemblare la gif (gratuito)





http://www.energialternativa.info/Public/NewForum/ForumEA/2/2/6/2/4/8/7/1239948457.gif



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sergio.89
milliWatt


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Msg:3

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Inviato il: 24/6/2009,11:16

Saaaaalvee
visto ke volevo realizzare un giocattolo di questi mi chiedevo se il tutto deve essere isolato dall'esterno.. il motivo è che il dislocatore è posizionato all'interno e quindi facendo un foro nel pistone l'aria o l'acqua può benissimo entrare ed uscire.. come fare??

io avevo in mente di realizzarlo con:
-un salvadanaio di quelli in latta.. (simile a una lattina col coperkio)
- un hardisk da usare come biella (se è il termine giusto)

che ne dite?? per il dislocatore pensavo a un pezzo di polistirolo o qualcosa di simile e per il pistone un altro pezzo di latta o qualcosa di simile..

 

Libero51

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GigaWatt


Utente
Msg:1276

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Inviato il: 24/6/2009,13:32

CITAZIONE (sergio.89 @ 24/6/2009, 12:16)
. . . e quindi facendo un foro nel pistone l'aria o l'acqua può benissimo entrare ed uscire..
. . . un salvadanaio di quelli in latta.. (simile a una lattina col coperkio)
. . . un hardisk da usare come biella (se è il termine giusto)
. . . per il dislocatore pensavo a un pezzo di polistirolo o qualcosa di simile e per il pistone un altro pezzo di latta o qualcosa di simile..

Ciao sergio.89 , il motore stirling è un motore in cui l'acqua potrebbe servire a raffreddare la parete fredda, ma chi agisce sul pistone motore è l'aria oppure un idoneo mezzo gassoso.
Il ciclo motore si basa sulla pressione ed eventualmente depressione provocata dal riscaldamento e raffreddamento di quel gas "confinato" nel motore. Il dislocatore serve appunto a cambiare la temperatura del gas portandolo alternativamente a contatto della parete calda o di quella fredda. Per motori che lavorano con scarti limitati di temperatura è possibile usare l'aria e materiali normalissimi a discapito del rendimento termodinamico del motore.
In queste condizioni è un motore ingombrante, pesante e di piccola potenza ma pur sempre un motore funzionante e adatto al "fai da te" . Non ho capito molto di come e di cosa intendi usare .
. . . disegna .
Ciao a tutti . . . faccine/sick.gif





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