Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 4

Circa un anno fa è stato realizzato un prototipo di Colibrì sul biellismo del motore a due tempi di un decespugliatore.
Dopo il test al regime minimo di funzionamento ("Colibrì monoeffetto biellato - Episodio 3") è stata effettuata la prima prova di generazione elettrica con alimentazione ad aria compressa.
L'immagine che segue mostra il setup utilizzato.

Per valutare le prestazioni del prototipo è stata utilizzata l’aria compressa perché in questa fase è molto più gestibile e meno pericolosa del vapore.
La prova consiste nell’alimentare il Colibrì con l’aria compressa contenuta nel serbatoio di un compressore (durante la prova il motore del compressore è spento). Il serbatoio di aria compressa funge in pratica da accumulatore di energia (potenziale meccanica).
L’aria compressa entra nel Colibrì che la fa espandere producendo lavoro meccanico (rotazione dell’albero).
L’albero del Colibrì è raccordato al rotore dell’alternatore che effettua la conversione del lavoro meccanico in energia elettrica.
Nel diagramma che segue sono stati riassunti i vari passaggi.

Nel test effettuato il volume della bombola del compressore è di 25 litri e la pressione passa da 14 bar relativi a 10,2 bar relativi.
Impostando sullo strumento di calcolo del Virtual Lab di Scienza Laterale (LINK) il volume a 25dm³, la pressione massima a 15,01325 bar (perché va inserito il suo valore assoluto) e la pressione minima 11,21325 bar (perché va inserito il suo valore assoluto) si ottengono i seguenti risultati:

Energia potenziale meccanica (condizioni adiabatiche): 3,42Wh
Lavoro utile teorico in condizioni isoterme: 6,75Wh

Questi dati rappresentano il massimo teorico ottenibile nelle due condizioni. In una situazione reale quello che si riesce ad ottenere è sempre minore.
In base alle condizioni della prova eseguita si ritiene che il processo di espansione che subisce l’aria nel Colibrì sia molto più vicino all’adiabatica che all’isoterma e il secondo dato è stato inserito più che altro per completare il quadro d’insieme.
Per quanto riguarda la misura dell'energia elettrica prodotta è stato impiegato lo strumentino mostrato nell'immagine

Rispetto all’energia dell’aria compressa che viene calcolata a tavolino, in questo caso è sufficiente leggere i dati sul display alla fine della prova.
Il video di seguito è una ripresa della prova di generazione elettrica che testimonia la quantità di energia elettrica generata.

DATI E RISULTATI
Volume del serbatoio: 25 litri = 25 dm³
Pressione iniziale: 14 bar relativi = 15,01235 bar assoluti
Inizio prova: 1’14”
Fine prova: 1’46”
Durata: 32 sec = 32/3600 h = 0,008889 h
Pressione finale: 10,2bar relativi = 11,21325 bar assoluti
Energia potenziale meccanica dell’aria compressa (condizioni adiabatiche): 3,42Wh
Energia elettrica erogata: 0,9 Wh (leggibile sul display dello strumentino al termine della prova)
Potenza media: 0,9 Wh / 0,008889 h = 101W (dato calcolato)
Potenza massima: 121,8W (leggibile sul display dello strumentino al termine della prova)

Efficienza elettrica: Energia elettrica / Energia aria compressa = 0,9 Wh/3,42Wh = 0,263 (=26,3%)

Ipotizzando che l’efficienza del generatore alle condizioni della prova sia pari a 0,7 (=70%), dividendo l’efficienza elettrica per l’efficienza del generatore si ottiene che l’efficienza meccanica del Colibrì è pari a

Efficienza meccanica: 0,263/0,7 = 0,375 (=37,5%)

APPROFONDIMENTI CONSIGLIATI
Sullo stesso argomento si segnala la discussione intitolata "Motore adiabatico per cogenerazione domestica" presente sul forum Fai da te & OffGrid.