Nel post precedente è stata presentata una prima versione di motore di Cayley esotermico free piston a doppio effetto.
Nell'animazione che segue viene proposta una seconda variante, più semplice e compatta.
Le due camere calde di colore rosso si trovano nella parte alta. Quella sopra al pistone verrà identificata come camera calda superiore, quella sotto al pistone come camera calda inferiore. Le due camere fredde, superiore e inferiore, sono collocate nella parte bassa e sono di colore blu.
La camera calda superiore è collegata alla camera fredda inferiore attraverso lo stelo tubolare.
La camera calda inferiore è collegata alla camera fredda superiore tramite l'intercapedine fra la zona grigia e lo stelo tubolare.
In pratica, un motore è composto dalla camera calda superiore e dalla camera fredda inferiore (motore esterno), l'altro motore è formato dalla camera calda inferiore e dalla camera fredda superiore (motore interno).
Si notino le scanalature presenti nel cilindro rosso che permettono lo scambio di gas fra i due motori quando il pistone si trova ai punti morti.
L'elemento di colore grigio isola termicamente la zona calda dalla zona fredda.
Quando il pistone è nel punto più basso (punto morto inferiore), la molla elicoidale inferiore è compressa e pertanto è presente una spinta sul pistone che tende a muoverlo verso l'alto. La pressione nei due motori è uguale perchè le scanalature sul cilindro rosso effettuano il by-pass del pistone. Il pistone perciò inizia a muoversi verso l'alto.
Dopo l'interruzione del by-pass il motore interno inizia il processo di espansione con pressurizzazione, quello esterno la fase di compressione con depressurizzazione. Compare pertanto una differenza di pressione fra i due motori che dà ulteriore spinta verso l'alto al pistone.
Il pistone sale e prima di raggiungere il punto morto superiore comprime la molla superiore.
All'apertura del by-pass superiore, il motore interno scarica gas in quello esterno attraverso il by-pass, e il gas passa attraverso il rigeneratore di calore contenuto nello stelo tubolare.
L'annullamento della differenza di pressione permette alla molla superiore compressa di frenare prima e invertire poi il moto del pistone.
Dopo l'interruzione del by-pass il motore esterno inizia il processo di espansione con pressurizzazione, quello interno la fase di compressione con depressurizzazione. Compare pertanto una differenza di pressione fra i due motori che dà ulteriore spinta verso il basso al pistone.
Il pistone scende e prima di raggiungere il punto morto inferiore comprime la molla inferiore.
All'apertura del by-pass inferiore, il motore esterno scarica gas in quello interno attraverso il by-pass, e il gas passa attraverso il rigeneratore contenuto nell'intercapedine fra la zona grigia e lo stelo tubolare.
L'annullamento della differenza di pressione permette alla molla inferiore di frenare e invertire nuovamente il moto del pistone e il ciclo si ripete.
E' importante notare che, come già visto nella prima versione a doppio effetto, il problema della tenuta sul pistone caldo caratteristica del motore di Cayley monoeffetto si ridimensiona notevolmente in quanto eventuali trafilamenti di gas non vengono persi nell'ambiente, ma si riversano nell'altro motore.
Rispetto alla prima versione in cui il pistone era formato da un pistone caldo, due steli tubolari contenenti i rigeneratori di calore e due pistoni freddi, questa versione può vantare di un corpo mobile più leggero perchè composto da un pistone caldo, un pistone freddo e uno stelo tubolare contenente un rigeneratore.
Un altro vantaggio è la possibilità di lavorare in configurazione verticale che permette sia una migliore gestione termica (zona calda in alto, zona fredda in basso) sia di evitare che la forza di gravità agisca come spinta laterale sul pistone, tipica delle configurazioni con movimento orizzontale.
Un difetto di questa configurazione è la mancanza di simmetria dei due motori.
L'asimmetria riguarda per esempio le superfici di scambio termico, le cilindrate, la forma dei rigeneratori, i flussi di gas.
Concludiamo osservando che questa versione, come diverse altre già proposte in questo blog, non ha tenute dinamiche in contatto con l'esterno e presenta pertanto il vantaggio di essere pressurizzabile a piacere.
Nell'animazione che segue viene proposta una seconda variante, più semplice e compatta.
Le due camere calde di colore rosso si trovano nella parte alta. Quella sopra al pistone verrà identificata come camera calda superiore, quella sotto al pistone come camera calda inferiore. Le due camere fredde, superiore e inferiore, sono collocate nella parte bassa e sono di colore blu.
La camera calda superiore è collegata alla camera fredda inferiore attraverso lo stelo tubolare.
La camera calda inferiore è collegata alla camera fredda superiore tramite l'intercapedine fra la zona grigia e lo stelo tubolare.
In pratica, un motore è composto dalla camera calda superiore e dalla camera fredda inferiore (motore esterno), l'altro motore è formato dalla camera calda inferiore e dalla camera fredda superiore (motore interno).
Si notino le scanalature presenti nel cilindro rosso che permettono lo scambio di gas fra i due motori quando il pistone si trova ai punti morti.
L'elemento di colore grigio isola termicamente la zona calda dalla zona fredda.
Quando il pistone è nel punto più basso (punto morto inferiore), la molla elicoidale inferiore è compressa e pertanto è presente una spinta sul pistone che tende a muoverlo verso l'alto. La pressione nei due motori è uguale perchè le scanalature sul cilindro rosso effettuano il by-pass del pistone. Il pistone perciò inizia a muoversi verso l'alto.
Dopo l'interruzione del by-pass il motore interno inizia il processo di espansione con pressurizzazione, quello esterno la fase di compressione con depressurizzazione. Compare pertanto una differenza di pressione fra i due motori che dà ulteriore spinta verso l'alto al pistone.
Il pistone sale e prima di raggiungere il punto morto superiore comprime la molla superiore.
All'apertura del by-pass superiore, il motore interno scarica gas in quello esterno attraverso il by-pass, e il gas passa attraverso il rigeneratore di calore contenuto nello stelo tubolare.
L'annullamento della differenza di pressione permette alla molla superiore compressa di frenare prima e invertire poi il moto del pistone.
Dopo l'interruzione del by-pass il motore esterno inizia il processo di espansione con pressurizzazione, quello interno la fase di compressione con depressurizzazione. Compare pertanto una differenza di pressione fra i due motori che dà ulteriore spinta verso il basso al pistone.
Il pistone scende e prima di raggiungere il punto morto inferiore comprime la molla inferiore.
All'apertura del by-pass inferiore, il motore esterno scarica gas in quello interno attraverso il by-pass, e il gas passa attraverso il rigeneratore contenuto nell'intercapedine fra la zona grigia e lo stelo tubolare.
L'annullamento della differenza di pressione permette alla molla inferiore di frenare e invertire nuovamente il moto del pistone e il ciclo si ripete.
E' importante notare che, come già visto nella prima versione a doppio effetto, il problema della tenuta sul pistone caldo caratteristica del motore di Cayley monoeffetto si ridimensiona notevolmente in quanto eventuali trafilamenti di gas non vengono persi nell'ambiente, ma si riversano nell'altro motore.
Rispetto alla prima versione in cui il pistone era formato da un pistone caldo, due steli tubolari contenenti i rigeneratori di calore e due pistoni freddi, questa versione può vantare di un corpo mobile più leggero perchè composto da un pistone caldo, un pistone freddo e uno stelo tubolare contenente un rigeneratore.
Un altro vantaggio è la possibilità di lavorare in configurazione verticale che permette sia una migliore gestione termica (zona calda in alto, zona fredda in basso) sia di evitare che la forza di gravità agisca come spinta laterale sul pistone, tipica delle configurazioni con movimento orizzontale.
Un difetto di questa configurazione è la mancanza di simmetria dei due motori.
L'asimmetria riguarda per esempio le superfici di scambio termico, le cilindrate, la forma dei rigeneratori, i flussi di gas.
Concludiamo osservando che questa versione, come diverse altre già proposte in questo blog, non ha tenute dinamiche in contatto con l'esterno e presenta pertanto il vantaggio di essere pressurizzabile a piacere.
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