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martedì 20 marzo 2012

Il motore di Manson free piston a doppio effetto

In questo post introduciamo per la prima volta il motore di Manson free piston a doppio effetto.
L'animazione che segue ne illustra schematicamente il principio di funzionamento.


Si tratta di due motori Manson free piston con il pistone in comune.
Quando il pistone sale la pressione nella parte superiore diminuisce (simbolo rombico nel diagramma P-V), mentre la pressione nella parte inferiore aumenta (simbolo quadrato nel diagramma P-V).
Al punto morto superiore (PMS), il gas si trasferisce dalla parte inferiore a quella superiore attraverso le canalizzazioni presenti sul pistone fino ad equilibrare le pressioni.
Quando il pistone scende la pressione nella parte superiore aumenta (simbolo rombico nel diagramma P-V), mentre la pressione nella parte inferiore diminuisce (simbolo quadrato nel diagramma P-V).
Al punto morto inferiore (PMI), il gas si trasferisce dalla parte superiore a quella inferiore attraverso le canalizzazioni presenti sul pistone fino ad equilibrare le pressioni.
Questa configurazione permette di raddoppiare la potenza specifica del motore a parità di altre condizioni operative e come altre versioni già proposte è pressurizzabile.
Poichè lo scambio di gas avviene fra una camera a bassa pressione ed una ad alta pressione è ragionevole attendersi che l'equilibrio pressorio venga raggiunto in tempi più brevi rispetto alle versioni in cui il gas viene aspirato e scaricato in un serbatoio a pressione fissa.
Si notino le molle elicoidali che lavorano in compressione ai due punti morti per invertire il moto del pistone dopo l'equilibratura della pressione.
Nel diagramma P-V sotto al motore, il quadrato e il rombo percorrono il ciclo nello stesso verso e si trovano sempre da parti opposte: il motore superiore e quello inferiore funzionano sfasati di 180° (opposizione di fase).

Di seguito viene proposta l'animazione di uno spaccato tridimensionale di un motore di Manson free piston a doppio effetto completo di alternatore lineare con magneti permanenti esterni. Per ulteriori informazioni sugli alternatori lineari si rimanda a quanto già scritto.


Il motore di Manson free piston a doppio effetto costituisce un'alternativa valida da molti punti di vista, ma non è esente da alcune problematiche.
Una di queste è la presenza di una sorgente calda nella parte bassa del motore che deve essere gestita opportunamente. Da valutare in tal senso la possibilità di funzionamento orizzontale che permetterebbe di avere le due sorgenti calde ai lati.
Si noti però che nel funzionamento orizzontale la forza di gravità agisce come spinta laterale sul pistone causandone una maggiore usura con possibile perdita di tenuta.

6 commenti:

  1. Caro Yuz, complimenti per il post: anche questo un grosso passo avanti teorico nella realizzazione di un motore esotermico semplice e affidabile.
    Effettivamente la gestione delle due parti calde in questo Manson Free Piston Doppio Effetto non è semplice, se la si vuole fare a fumi caldi: sarebbe molto più pratico un riscaldamento attraverso liquidi caldi.
    Le figure sempre splendide che hai realizzato, penso si riferiscano ad una macchina costruibile con Tmax di 400°C ed una Tmin di 50-60°C e pertanto con un rapporto di compressione opportunamente elevato.
    Siamo cioè a temperature oltre i limiti sopportabili per i comuni liquidi vettori di calore.
    E' possibile ottenere in teoria un Manson con rapporto di compressione meno elevato ed idoneo quindi per Tmax di 250-300°C ?
    Che potenze relative potrebbe avere?
    Che rendimenti si può ragionevolmente sperare di ottenere ?
    In pratica, che ne dici di un Manson DE LDT, una macchina cioè ideata per cascami termici, oltre che per una co-generazione domestica ?
    Ciao e grazie.
    Rampa

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    Risposte
    1. Ciao Rampa,
      le tue domande e le tue osservazioni sono decisamente azzeccate.
      Purtroppo trattare l'argomento in un commento sarebbe troppo lungo e perciò ne parlerò approfonditamente nel prossimo post cercando di rispondere ai quesiti che proponi.
      Anticipo solo che l'applicazione LTD è caratterizzata da un rendimento teorico più basso rispetto alle versioni ad alta temperatura ma risulta estremamente interessante per altri aspetti.

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  2. Rampa, si potrebbero usare sali fusi, come nelle centrali solari a concentrazione.

    -D-

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  3. Dyno, come intenderesti usare i sali fusi ?

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  4. Tu parlavi di scambio con liquidi...quindi passare da uno scambiatore a fumi, a quello a sali fusi, che possono operare anche a T di 350-400 °C.
    Certo, un "problema" non da poco sarebbe l'alta capacità termica dei sali, che ritarda l'avvio, quindi un sistema meno reattivo. Ma questo potrebbe essere un beneficio, se si pensasse a un piccolo stoccaggio... rendendo il funzionamento della macchina più slegato dalla disponibilità di combustibile, e più adattabile all'utenza
    non so, è da studiare...in un'ottica casalinga è abbastanza complesso, ma forse non come si pensa

    -D-

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  5. Le miscele eutettiche di sali fusi tendono a solidificare a T < 230° e questo impedisce l'uso discontinuo del motore, a meno che non si preveda un complicato sistema di riscaldamento iniziale dei sali stessi.
    In pratica i sali fusi possono essere impiegati laddove si può accettare la loro solidificazione, e non ne vedo un uso semplice ed economico in una serpentina di riscaldamento della fonte calda di un motore esotermico.

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Puoi scrivere qui eventuali richieste di chiarimenti, perplessità o il tuo parere su quanto esposto / Please, write here questions, doubts or your opinion on the post

INDICE DEI CONTENUTI

I. GENERAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA
30. Considerazioni sulla generazione elettrica
90. Analisi economica sulla cogenerazione domestica
26. L'alternatore lineare

II. GAS IDEALI: DALLE TRASFORMAZIONI AI MOTORI
1. L'equazione di stato dei gas perfetti: istruzioni per l'uso
3. P·V=n·R·T: considerazioni laterali
13. La trasformazione isocora
14. La trasformazione isoterma
15. La trasformazione isobara
16. La trasformazione adiabatica
65. La trasformazione isoentalpica
83. Confronto fra i processi isotermici e i processi isoentropici
2. Trasformazioni isocore e trasformazioni isobare: considerazioni sugli scambi energetici
4. Trasformazioni isoterme e trasformazioni adiabatiche: considerazioni sugli scambi energetici
74. Efficienza di un compressore commerciale - Episodio 1
75. Efficienza di un compressore commerciale - Episodio 2
76. Lavoro massimo ottenibile dall'aria compressa
91. Energia potenziale meccanica di un gas
5. Il ciclo di Carnot
12. Il trasferimento del calore
6. Il rigeneratore di calore
7. Il rigeneratore di calore - Parte seconda
28. Il rigeneratore di calore: basi teoriche
29. Dimensionamento del rigeneratore di calore
8. Il ciclo di Stirling
9. Efficienza del rigeneratore di calore e rendimento del ciclo di Stirling
10. Il ciclo di Brayton
11. Ciclo di Brayton: considerazioni su rendimento e lavoro utile
17. Il motore di Cayley free piston - Episodio 01
18. Il motore di Cayley free piston - Episodio 02
19. Il motore di Cayley free piston - Episodio 03
20. Il motore di Cayley free piston - Episodio 04
21. Il motore di Cayley free piston - Episodio 05
22. Il motore di Cayley free piston - Episodio 06
23. Il motore di Manson free piston - Episodio 07
24. Il motore di Manson free piston - Episodio 08
25. Il motore di Manson free piston - Episodio 09
27. Efficienza del rigeneratore e rendimento del motore di Manson
31. Il motore di Manson free piston - Episodio 10
32. Il motore di Manson free piston - Episodio 11
33. Il motore di Manson free piston a doppio effetto
34. Il motore di Manson LTD
35. Stufa con recupero termico
37. Il motore di Cayley free piston a doppio effetto
38. Il motore di Cayley free piston a doppio effetto - Seconda versione
39. Motore di Cayley e motore di Manson: considerazioni laterali
85. Falsi motori

III. DALL'ACQUA AL VAPORE
36. L'heat pipe
40. La tensione di vapore dell'acqua
41. Gli scambi termici dell'acqua liquida
42. Gli scambi termici nella vaporizzazione dell'acqua
43. Gli scambi termici dell'acqua a pressione costante
44. Cp dell'acqua vaporizzata: considerazioni laterali
45. La densità dell'acqua
46. Densità del vapore acqueo: considerazioni laterali
47. Il ciclo isobaro-isocoro del vapore
48. Entalpia ed energia interna
49. L'espansione adiabatica del vapore saturo - Episodio 01
50. L'espansione adiabatica del vapore saturo - Episodio 02
51. Il ciclo Rankine del vapore saturo
52. Il ciclo Rankine del vapore surriscaldato
53. L'espansione adiabatica del vapore nel diagramma di Mollier
54. Il Colibrì
55. Raccolta di link sui motori Uniflow
56. Motore a vapore con distributore a cassetto
58. Colibrì free piston a doppio effetto di tipo A
59. Colibrì free piston a doppio effetto di tipo B
60. Il ciclo termodinamico del Colibrì
61. Il Colibrì a vapore
62. Il lavoro di pompaggio nel Colibrì a vapore
63. Colibrì Vs Uniflow Vs Rankine
64. Colibrì Vs Uniflow Vs Rankine: considerazioni laterali
66. La trasformazione isoentalpica del vapore
67. Energia potenziale meccanica dei gas
68. Energia potenziale meccanica dei gas - Seconda Parte
69. L'energia potenziale meccanica del vapore saturo
70. Efficienza termomeccanica del vapore saturo
71. Efficienza termomeccanica del vapore surriscaldato
72. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 1
73. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 2
77. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 3
86. Il Colibrì è in realtà un leone
88. Ricerche sull'anteriorità del lion-Powerblock
89. The Una-flow Steam-engine (1912)
92. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 4
93. The Una-flow Steam-engine - Capitolo I
94. Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 5
97. Il Colibrì – Descrizione dell’Idea
98. Il Colibrì – Contesto Commerciale
99. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE I
100. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE II
101. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE III
102. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE IV
103. Il Colibrì – La Tecnologia - PARTE V
104. Il Colibrì – Campi di Applicazione
105. Il Colibrì – Punti di Forza
106. Il Colibrì – Svantaggi

IV. RICERCA DI FRONTIERA
57. Considerazioni economiche sull'E-cat di Andrea Rossi
78. Dal compressore elettrochimico al catodo cavo di Arata/Celani
84. Il mondo non viene assimilato; viene fatto - Sir Karl Raimund Popper (1902 - 1994)
87. Speculazioni, azzardi e previsioni sulla fusione fredda
96. E-Cat e dintorni
107. E-Cat e dintorni
109. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Introduzione
110. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Il ciclo operativo
111. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Contributo al COP delle varie fasi del ciclo
112. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Sulla termodinamica e sulla cinetica
113. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Sui requisiti termici e sulle tempistiche
114. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Sull’importanza del rapporto fra la superficie e il volume del metallo
115. La ganascia termica nella generazione di calore anomalo - Sulle critiche al COP>2 e alla perdita di controllo della reazione
116. Teoria per l'unificazione della materia e della radiazione
117. Considerazioni laterali sulla radiazione elettromagnetica
118. Il propulsore fotonico
119. Materia e radiazione elettromagnetica: consigli per la ricerca
120. Scienza Laterale e Spazionica uniti nella ricerca
121. Dalla relazione di Einstein alla massa radiante
122. Considerazioni sulla relazione di Einstein
123. Fusione nucleare calda o fusione nucleare fredda?
124. Hot nuclear fusion or cold nuclear fusion?
125. Stima del cammino libero medio
126. Mean free path evaluation
127. Dematerializzazione
128. Dematerialisation
129. Carica elettrica relativistica
130. Relativistic electric charge
131. Ragionamenti sulla carica elettrica relativistica
132. Reasoning on the relativistic electric charge
133. Conduzione elettrica nei gas
134. Electric flow in gases
135. Caricamento dell'idrogeno sui metalli