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sabato 4 agosto 2012

Il Colibrì


17 commenti:

  1. Ciao Yuz.

    Si presenta semplice ed economico, questo Colibrì, sopratutto nella spiegazione... eheheh!

    C'è qualche motivo nella scelta del nome "Colibrì"?

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    1. Ciao Rampa

      il nome Colibrì non è casuale, deriva da una delle sue caratteristiche peculiari: l'alta frequenza di funzionamento.

      Dal punto di vista tecnico, questo motore appartiene alla categoria UNIFLOW.
      La vera novità nel Colibrì è l'adozione della valvola di immissione a cassetto solidale con il pistone; questa modifica da un lato rende accessibili frequenze di pulsazione elevate, dall'altro migliora l'affidabilità e la durata nel tempo.

      Per la mancanza di spiegazioni nel post mi giustifico riportando una frase che ho letto anni fa su una locandina all'università: "Un'immagine vale più di mille parole".

      Qui nei commenti lo spazio è di tutti e se serve sono sempre disponibile a fornire risposte e chiarimenti.

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  2. Yuz,

    se in questo motore si intende che la valvola a cassetto di immissione debba restare sempre fissa, allora viene a mancare la fase di immissione isobara del vapore, cioè la fase di spinta, e l'espansione adiabatica avviene per una quantità di vapore fissa.

    Capisco la convenienza economico-costruttiva di questa soluzione, ma non è che ci si rimetta troppo termodinamicamente ?

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    1. Il Colibrì è un motore adiabatico puro, il cui ciclo è composto da un'espansione adiabatica, da una compressione adiabatica e da due isocore.
      Come hai osservato tu, manca la fase di espansione isobara, che invece è presente nel ciclo Rankine.
      Nonostante questo, a livello di rendimento il Colibrì si difende alla grande.
      Oltre che dalle condizioni operative, il suo valore dipende dal rapporto di espansione. Analogamente ad altri motori (per esempio quello di Brayton e quello di Manson/Cayley), il lavoro utile diventa nullo al raggiungimento del massimo teorico (che nel caso dei motori a vapore è stabilito dal ciclo Rankine invece che dal ciclo di Carnot).
      La cosa interessante è che comunque, nonostante l'essenzialità costruttiva di questo motore, anche con una temperatura operativa massima di lavoro inferiore a 200°C non è difficile strappare almeno il 70% del massimo teorico con un lavoro utile ampiamente sfruttabile ai fini pratici.

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    2. Il ciclo di Rankine teorico prevede una volume zero al PMS.
      In un motore reale questo volume non potrà mai essere annullato e costituisce sempre una perdita secca in caso di motore a vapore di tipo isobaro-isocoro.

      Se invece è presente un'espansione adiabatica, è possibile uno sfruttamento di quel volume di vapore che è da considerare sempre teoricamente una perdita...

      In questo senso, il tuo Colibrì offre un punto a favore, perchè sfrutta quel "volume ladro".

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    3. Nel Colibrì viene sfruttata l'espansione adiabatica del volume al PMS.
      Siamo cioè in una situazione al limite del paradossale: quella che di solito è una difficoltà costruttiva inevitabile nel Colibrì diventa addirittura funzionale!

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  3. penso che termodinamicamente ci si guadagni molto.. questo motore è tutto adiabatico..

    poi non ci sono passaggi in tubi,curve,tubetti ecc.. tutto a vantaggio del rendimento..

    interessante e, da sfida tecnica ,sarà fare un generatore lineare che lavori a più di 200° e rimanga efficiente..

    una valvola a cassetto motore...

    yuz queste idee ti escono la notte? :) complimenti!

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    1. Ciao Alex e bentornato!

      Ti dico solo che hai colto perfettamente nel segno.

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  4. Yuz,

    quando si vedono motori così semplici, si ha la sensazione che debbano o possano funzionare in modo ottimale solo entro un range di DeltaT molto ristretto, pena una caduta di potenza o anche di rendimento. Il volume e l'espansione infatti sono fissi.

    Pensi che ci possano essere degli interventi esterni in grado ottimizzare potenze e rendimenti secondo i vari regimi calorici e pressori?

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    1. Nel Colibrì mostrato nell'animazione il rapporto di espansione è fisso.
      Questo ovviamente comporta che il funzionamento potrà avvenire solo quando il rapporto fra la pressione all'immissione e la pressione nello scarico supera un determinato valore.
      Nel caso in cui la pressione di immissione dovesse aumentare ulteriormente, facendo salire il rapporto pressorio oltre il limite minimo operativo, il lavoro utile per ciclo cresce e il rendimento migliora leggermente.

      Non è difficile immaginare delle modifiche costruttive che permettano di modulare "al volo" il rapporto di espansione in modo da rendere accessibile un intervallo di funzionamento più ampio mantenendo il rendimento al top. Si tenga sempre presente che dal punto di vista pressorio il limite operativo superiore è costituito dai 10-20 bar perchè andare oltre tale valore il rischio diventa troppo elevato e non è assolutamente giustificato.

      In tutte le cose vannno sempre considerati i pro e i contro.
      Spuntare un rendimento ottimale in un range più ampio vuol dire ottenere solo pochi punti percentuali in più. Ma a che prezzo?
      Per avere un rapporto di espansione variabile la macchina cresce di complessità, compaiono per esempio altre parti mobili che coinvolgono nuove tenute, da cui ne consegue certamente un aumento dei costi e una minore affidabilità e durata nel tempo.

      Se il motore a rapporto di espansione fisso costa poco e non è eccessivamente ingombrante, forse è più conveniente avere semplicemente due o tre modelli ottimizzati a seconda delle condizioni operative funzionamento.

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  5. Se il motore a rapporto di espansione fisso costa poco e non è eccessivamente ingombrante, forse è più conveniente avere semplicemente due o tre modelli ottimizzati a seconda delle condizioni operative funzionamento.

    Forse non servono nemmeno modelli diversi, ma basta l'aggiunta in parallelo di un altro o altri Colibrì uguali al primo che si aprano all'occorrenza in caso di aumento pressorio... insomma una specie di valvola di sicurezza ad effetto funzionale...

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    1. L'idea che proponi è certamente valida e da tenere seriamente in considerazione in caso di realizzazione. Non si finisce mai di imparare!

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  6. Ma quanto grande dovrebbe essere questo Colibrì...?

    Per poter essere veloce deve essere piccolo e leggero e ce ne vogliono parecchi per soddisfare un'esigenza "domestica" di media grandezza.
    Ma non è un problema, visto il costo molto ridotto per ogni unità.

    Potrebbero funzionare tutti indipendentemente l'uno dall'altro, con grossi problemi di implementazioni di tutte le dinamo lineari e forse anche di auto-avviamento.

    Ma potrebbero correre anche in formazione "radiale", scaricando tutto su un alternatore rotante esterno, risolvendo quindi tutti i problemi sopra accennati.

    La macchina in questo caso diventerebbe meccanicamente più complessa, ma la semplificazione dell'apparato di conversione elettrica potrebbe compensare ampiamente il maggior lavoro sulla meccanica, dato che si può usare un prodotto commerciale e a basso prezzo.

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    1. La configurazione stellare offre indiscutibili vantaggi, ma una sua realizzazione però è fuori dalla portata di molti hobbisty.
      Preferisco restare con i piedi per terra e per ora trattare cose più semplici ed economiche.

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  7. Yuz,
    In pratica, il Colibrì è un motore a vapore Uniflow (altrimenti detto nella nostra amata lingua "Monoflusso") in cui la valvola Bash che era classicamente a fungo, è stata sostituita da una valvola a cassetto.

    La modifica di questa valvola comporta qualche vantaggio rispetto a prima?

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    1. Un grande vantaggio delle valvole a cassetto rispetto alle valvole a fungo è che il loro azionamento richiede meno lavoro e questo si traduce in un migliore rendimento.
      Il secondo vantaggio è che la valvola a cassetto può essere resa solidale al pistone come nel Colibrì e questa possibilità rende il motore di una semplicità costruttiva quasi esasperata.

      Con un po' di immaginazione è possibile creare versioni in cui la valvola a cassetto è solo parzialmente vincolata con indubbi vantaggi dal punto di vista termodinamico.
      Bisogna però sempre tenere presente che nella realtà il sistema deve essere estremamente affidabile e duraturo perchè a 10Hz = 600rpm avvengono 10 azionamenti al secondo, 600 al minuto, 36.000 all'ora, 864.000 al giorno, 25.920.000 al mese...

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    2. Un grande svantaggio della valvola a fungo è il fatto che per chiudere abbia bisogno di appoggiarsi ad una sede, interferenza (peraltro rumorosa) che diminuisce la durata e la funzionalità della stessa.

      Quella a cassetto invece scivola semplicemente.

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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