Il motore di Manson free piston - Episodio 10

Il motore di Manson pur nella sua esasperata semplicità con una riorganizzazione strutturale diventa ancor più agevolmente realizzabile.
L'animazione che segue è relativa a una versione dotata di alternatore lineare.

In questa versione il rigeneratore non è stato indicato, ma trova collocazione nell'intercapedine compresa fra il cilindro verde e il tubo grigio.
Il cilindro verde è ancorato in basso alla parete fredda mentre in alto non arriva a toccare la parete calda.
Per effetto del movimento del pistone verso l'alto, il gas esce dalla camera superiore passando per la fessura in alto fra il cilindro verde e la parete calda, attraversa il rigeneratore e poi entra nella camera inferiore passando per le aperture adiacenti alla parete fredda.
Quando il pistone scende, il gas esce dalla camera inferiore passando per le aperture adiacenti alla parete fredda, attraversa il rigeneratore e poi entra nella camera superiore passando per la fessura in alto presente fra il cilindro verde e la parete calda.
Lo scambio termico alla base del funzionamento del motore è garantito perchè la struttura costringe il gas in ingresso nella camera superiore a lambire la parete fredda e il gas in ingresso nella camera inferiore a lambire la parete calda.
Fra i vantaggi apportati da questa riorganizzazione strutturale:
1) riduzione del volume morto;
2) riduzione delle perdite fluidodinamiche;
3) riduzione delle superfici calde in contatto con l'ambiente esterno;
4) semplificazione della costruzione.

Lo scambiatore freddo, che nell'immagine è indicato in colore blu, è stato pensato tenendo conto della necessità di riscaldamento dell'acqua per una soluzione cogenerativa.
Esso è costituito da una camera in cui l'acqua fredda entra da uno dei tubi grigi, scorre nello scambiatore di colore blu, ed esce riscaldata dall'altro tubo grigio.

In questa versione è stato inserito l'alternatore lineare nella configurazione a magneti esterni. I magneti sono stati rappresentati con i colori fucsia e lilla. Per ulteriori dettagli si rimanda a quanto già scritto.

Le tre immagini che seguono mostrano il motore con il pistone al punto morto superiore (PMS), a metà corsa e al punto morto inferiore (PMI).

Si noti che quando il pistone è a metà corsa il circuito magnetico dell'alternatore è chiuso mentre quando il pistone è ai due punti morti il circuito magnetico è aperto.

Valutiamo ora cosa accade al motore quando viene interrotto il riscaldamento del gas.
Il raffreddamento della macchina fa diminuire la pressione nel motore e quindi il pistone tenderà a portarsi verso il PMS.
Poichè in situazioni reali la tenuta pneumatica a carico del pistone non è mai perfetta, se il motore resta fermo per tempi sufficientemente lunghi la depressurizzazione viene persa e il pistone tende a scendere per l'azione della forza di gravità fino a che il dislocatore entra in contatto con la parete fredda. Se il pistone raggiunge questa posizione il motore non si riavvia automaticamente.
Tuttavia nel movimento di discesa, quando il pistone si trova a metà corsa, avviene la chiusura del circuito magnetico e l'alternatore esercita un'interazione che tende a trattenere il pistone in questa posizione. Se questa interazione magnetica è tale da vincere l'effetto della forza di gravità il pistone si ferma a metà corsa e in questa configurazione di partenza il motore risulta autoavviante.