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.
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.
Caro Yuz, complimenti per il post: anche questo un grosso passo avanti teorico nella realizzazione di un motore esotermico semplice e affidabile.
RispondiEliminaEffettivamente 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
Ciao Rampa,
Eliminale 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.
Rampa, si potrebbero usare sali fusi, come nelle centrali solari a concentrazione.
RispondiElimina-D-
Dyno, come intenderesti usare i sali fusi ?
RispondiEliminaTu 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.
RispondiEliminaCerto, 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-
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.
RispondiEliminaIn 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.