Il video di seguito mostra una prova di mantenimento con il Colibrì collegato direttamente all'uscita del compressore. In questo modo l’aria arriva dalla pompa al cassetto di immissione attraverso un tubo evitando il passaggio attraverso la bombola di accumulo.
Si tratta di una prova non banale che ha il pregio di mettere a nudo le prestazioni effettive dell'espansore.
Si segnala che rispetto all'Episodio 4 è stato sostituito sia il cilindro che il pistone.
Si tratta di una prova non banale che ha il pregio di mettere a nudo le prestazioni effettive dell'espansore.
Si segnala che rispetto all'Episodio 4 è stato sostituito sia il cilindro che il pistone.
Il diagramma di flusso riportato subito sotto illustra graficamente cosa accade a livello fisico.
L’efficienza complessiva è data dal rapporto fra la potenza erogata e quella immessa ed è il risultato del prodotto dell'efficienza dei vari passaggi.
Efficienza complessiva = Potenza erogata / Potenza immessa = Eff.1 · Eff.2 · Eff.3 · Eff.4
dove:
Eff.1 = Efficienza del motore elettrico del compressore (conversione da energia elettrica in lavoro meccanico)
Eff.2 = Efficienza meccanica del compressore (conversione del lavoro meccanico in energia potenziale meccanica dell’aria compressa)
Eff.3 = Efficienza meccanica del Colibrì (conversione dell’energia potenziale meccanica in lavoro meccanico)
Eff.4 = Efficienza dell’alternatore (conversione del lavoro meccanico in energia elettrica)
RISULTATI DELLA PROVA
Guardando il video si riscontra che la potenza elettrica assorbita dal compressore oscilla fra 800W e 840W. Per semplicità si può assumere che abbia un valore medio di 820W.
Sempre nel video si può osservare che la potenza elettrica generata dal Colibrì si stabilizza intorno ai 74W.
L’efficienza complessiva di tutti i passaggi risulta pertanto pari a
Efficienza complessiva = Potenza elettrica erogata / Potenza elettrica assorbita = 74W / 820W = 0,09 (=9%)
Per spingere l'analisi oltre a questo calcolo è necessario fare alcune ipotesi sull'efficienza del compressore.
Esso ha circa 32 anni di servizio alle spalle, ma ancora si difende bene.
Sulla base di una verifica di rendimento eseguita su un altro compressore di potenza similare, ma di fabbricazione recente (per i dettagli si rimanda al post intitolato "Efficienza di un compressore commerciale - Episodio 2"), si può in prima istanza azzardare che il compressore della prova abbia un rendimento di 0,15 (=15%).
In questo modo si calcola che degli 820W elettrici assorbiti solo il 15% di questi arrivano con l’aria compressa al Colibrì (cioè 123W).
Dai 123W in ingresso il sistema Colibrì+alternatore riesce a generare 74W di energia elettrica con un’efficienza (elettrica) pari a
Efficienza elettrica = 74W/123W = 0,60 (=60%)
Ipotizzando che l’alternatore abbia a sua volta un’efficienza di 0,7 (=70%), l’efficienza meccanica del prototipo vale
Efficienza meccanica = 0,6/0,7 = 0,857 (=85,7%)
Lo scetticismo e la diffidenza nei confronti di tale valore è d'obbligo. E' davvero molto molto elevato perché possa essere reale.
Una cosa che nel video non si riesce ad apprezzare è la temperatura a cui si trovano la testata del compressore
e il tubo di collegamento. Entrambe le parti erano molto calde (intorno ai 120°C).
Da un certo punto di vista la prova eseguita potrebbe quasi considerarsi un test di resistenza termica in vista del vapore.
Il fatto che l'aria compressa entri calda fa certamente migliorare l'efficienza a carico del compressore in quanto si evita la perdita pressoria dovuta al raffreddamento all'interno della bombola.
Ipotizzando che la temperatura dell’aria all’ingresso del Colibrì sia di 120°C invece di 20°C, il volume di aria disponibile per il Colibrì aumenta di un coefficiente uguale al rapporto fra le due temperature espresse in Kelvin che risulta essere pari a
120+273 / 20+273 = 1,34
Perciò l’ipotetico 0,15 (=15%) di efficienza del compressore diventa
0,15·1,34 = 0,20 (=20%)
Di seguito viene ripetuto il calcolo dei rendimenti elettrico e meccanico del Colibrì su questa ipotesi di rendimento del compressore.
Degli 820W elettrici assorbiti solo il 20% di questi arrivano con l’aria compressa al Colibrì (cioè 164W).
Da questi 164W in ingresso il sistema Colibrì+alternatore riesce a rigenerare 74W di energia con un’efficienza elettrica pari a 74W/164W = 0,45 (=45%).
Ipotizzando che l’alternatore abbia a sua volta un’efficienza di 0,7 (=70%), l’efficienza meccanica del prototipo risulta essere pari a 0,45/0,7 = 0,644 (=64,4%).
Sempre molto elevato, ma decisamente più credibile.
Purtroppo i dubbi sulla validità delle approssimazioni fatte per arrivare alla stima di questo valore sono tanti.
Solo il vapore potrà dare qualche certezza in più.
Si noti che con un rendimento meccanico del 64% resta ancora un po’ di margine di miglioramento grazie alla versione Colibrì free piston che altrimenti sarebbe stata quasi inutile.
Efficienza complessiva = Potenza erogata / Potenza immessa = Eff.1 · Eff.2 · Eff.3 · Eff.4
dove:
Eff.1 = Efficienza del motore elettrico del compressore (conversione da energia elettrica in lavoro meccanico)
Eff.2 = Efficienza meccanica del compressore (conversione del lavoro meccanico in energia potenziale meccanica dell’aria compressa)
Eff.3 = Efficienza meccanica del Colibrì (conversione dell’energia potenziale meccanica in lavoro meccanico)
Eff.4 = Efficienza dell’alternatore (conversione del lavoro meccanico in energia elettrica)
RISULTATI DELLA PROVA
Guardando il video si riscontra che la potenza elettrica assorbita dal compressore oscilla fra 800W e 840W. Per semplicità si può assumere che abbia un valore medio di 820W.
Sempre nel video si può osservare che la potenza elettrica generata dal Colibrì si stabilizza intorno ai 74W.
L’efficienza complessiva di tutti i passaggi risulta pertanto pari a
Efficienza complessiva = Potenza elettrica erogata / Potenza elettrica assorbita = 74W / 820W = 0,09 (=9%)
Per spingere l'analisi oltre a questo calcolo è necessario fare alcune ipotesi sull'efficienza del compressore.
Esso ha circa 32 anni di servizio alle spalle, ma ancora si difende bene.
Sulla base di una verifica di rendimento eseguita su un altro compressore di potenza similare, ma di fabbricazione recente (per i dettagli si rimanda al post intitolato "Efficienza di un compressore commerciale - Episodio 2"), si può in prima istanza azzardare che il compressore della prova abbia un rendimento di 0,15 (=15%).
In questo modo si calcola che degli 820W elettrici assorbiti solo il 15% di questi arrivano con l’aria compressa al Colibrì (cioè 123W).
Dai 123W in ingresso il sistema Colibrì+alternatore riesce a generare 74W di energia elettrica con un’efficienza (elettrica) pari a
Efficienza elettrica = 74W/123W = 0,60 (=60%)
Ipotizzando che l’alternatore abbia a sua volta un’efficienza di 0,7 (=70%), l’efficienza meccanica del prototipo vale
Efficienza meccanica = 0,6/0,7 = 0,857 (=85,7%)
Lo scetticismo e la diffidenza nei confronti di tale valore è d'obbligo. E' davvero molto molto elevato perché possa essere reale.
Una cosa che nel video non si riesce ad apprezzare è la temperatura a cui si trovano la testata del compressore
e il tubo di collegamento. Entrambe le parti erano molto calde (intorno ai 120°C).
Da un certo punto di vista la prova eseguita potrebbe quasi considerarsi un test di resistenza termica in vista del vapore.
Il fatto che l'aria compressa entri calda fa certamente migliorare l'efficienza a carico del compressore in quanto si evita la perdita pressoria dovuta al raffreddamento all'interno della bombola.
Ipotizzando che la temperatura dell’aria all’ingresso del Colibrì sia di 120°C invece di 20°C, il volume di aria disponibile per il Colibrì aumenta di un coefficiente uguale al rapporto fra le due temperature espresse in Kelvin che risulta essere pari a
120+273 / 20+273 = 1,34
Perciò l’ipotetico 0,15 (=15%) di efficienza del compressore diventa
0,15·1,34 = 0,20 (=20%)
Di seguito viene ripetuto il calcolo dei rendimenti elettrico e meccanico del Colibrì su questa ipotesi di rendimento del compressore.
Degli 820W elettrici assorbiti solo il 20% di questi arrivano con l’aria compressa al Colibrì (cioè 164W).
Da questi 164W in ingresso il sistema Colibrì+alternatore riesce a rigenerare 74W di energia con un’efficienza elettrica pari a 74W/164W = 0,45 (=45%).
Ipotizzando che l’alternatore abbia a sua volta un’efficienza di 0,7 (=70%), l’efficienza meccanica del prototipo risulta essere pari a 0,45/0,7 = 0,644 (=64,4%).
Sempre molto elevato, ma decisamente più credibile.
Purtroppo i dubbi sulla validità delle approssimazioni fatte per arrivare alla stima di questo valore sono tanti.
Solo il vapore potrà dare qualche certezza in più.
Si noti che con un rendimento meccanico del 64% resta ancora un po’ di margine di miglioramento grazie alla versione Colibrì free piston che altrimenti sarebbe stata quasi inutile.
APPROFONDIMENTI CONSIGLIATI
Sullo stesso argomento si segnala la discussione intitolata "Il motore Colibrì: dalla teoria alla pratica" presente sul forum Scienza Laterale.
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