Un motore a vapore

[Ferrobattuto]

Ottimo! Sei "partito", insomma. Buon lavoro!

[elettrauto]

Ti riporto una notizia di una persona con cui ho parlato anni fa, mi ha detto che realizzandolo con l'alluminio (ricordo che lui, a suo tempo, ha fatto l'esperimento facendoselo fare dal tornitore), il motore gli si è deformato, quindi per evitare di dargli ragione , sarebbe prudente usarlo con una temperatura della caldaia non molto alta, così hai più probabilità che funzioni e duri nel tempo.
Infatti se l'alluminio fonde a 650 gradi, a temperature anche più basse è nello stato di plasticità, non di fusione, ovvero se si applica una forza di 100N/m2 ad esempio a 100°C non produce grande deformazione, ma se la temperatura di esercizio aumento, 200 o 300 o 400, con pressioni sempre minori sarà soggetto a deformazione plastica (d'altronde è il metodo che usano per fare i profilati di alluminio, la chiamano "estrusione a caldo").
Speriamo che con temperature di esercizio di 200 o 300 gradi ti possa funzionare in modo accettabile per l'uso che ne vuoi fare!!!

[Ferrobattuto]

Mi sbaglierò, poi Dolomitico ci chiarirà le idee, ma non credo che voglia usare temperature molto superiori ai 100°C..... (:)

[Dolomitico]

Si,sono partito,anche se ho tempi lunghi.
Quello che mi preoccupava di più è l'abbinata cilindro/pistone entrambi in alluminio,siccome in meccanica consigliano di usare 2 metalli diversi,quello più duro sul pezzo più costoso da sostituire,quello più morbido e cedevole su quello più economico e veloce da sostituire.
Ecco il perchè dei cilindri in ghisa e pistoni in alluminio,oltre per il peso ovviamente.
Ora il perchè uso l'alluminio....mi sembra scontato,è quello che per me è più facile da reperire,ne ho una bella scorta, e è il più facile da lavorare.
Per il discorso delle deformazioni non credo ci siano problemi,in fondo anche i motori delle ferrari sono con testate in alluminio,e molte testate delle macchine che guidiamo lo sono pure,quindi credo che sopporti le pressioni che vogliamo applicargli.
Su youtube se guardate ci sono molti che li fanno proprio in alluminio,alcuni hanno rifatto la camicia del cilindro in acciaio,ecco questa potrebbe essere una buona idea,ma intanto vado per gradi.
http://www.youtube.com/watch?v=B1t24sxjdZU
http://www.youtube.com/watch?v=hm-aGy2G ... re=related

Le temperature.......beh,come minimo 5 bar di pressione servono,ma da quello che ho letto in caldaia l'acqua arriva a 300°,poi anche se arriva nel cilindro a un po meno di 300°Spingendo il pistone il gas si raffredda e il cilindro appunto in alluminio tende a condurre il calore e disperderlo,ma non credo che il cilindro arrivi mai a 300°
Stesso discorso con la benzina,di sicuro la benzina arriva a600° e oltre,quindi si rischia che ti schiolga il motore....
Bisogna provare.
Un'altro dato sta nel fatto che i motori americani usano fasce elastiche in teflon,che è molto più basso dell'alluminio come temperatura limite,e lo usano tranquillamente.

[Dolomitico]

Mi sbaglierò, poi Dolomitico ci chiarirà le idee, ma non credo che voglia usare temperature molto superiori ai 100°C..... (:)

Beh,per evaporare l'acqua servono 100°,ma per avere un po di pressione serve qualcosa in più.
Se calcoli che una caldaia è un recipiente in pressione il risultato è che serve più temperatura per far evaporare l'acqua,non so di preciso a che temperatura si possa arrivare per non sacrificare troppo la sicurezza,ma leggevo che i 300° sono nella norma.
Se tu hai acqua a temperatura ambiente la metti in un contenitore di vetro e aspiri l'aria,scoprirai che a un certo punto acqua bolle a 30°
Insomma la temperatura di ebollizione varia con la pressione esterna.
Anche una semplice pentola a pressione credo arrivi ben oltre i 200°.

[Ferrobattuto]

Questa cose della temperatura di ebollizione secondo la pressione la sapevo già, tant'è che si dice che il caffè e il thè in alta montagna vengano meno saporiti.
Infatti nel vuoto l'acqua bolle a temperature molto basse. Non so però se per arrivare a 5 bar ci servano proprio 300°..... Che di certo sono un bel po', perfino di più di quanto sia cosigliabile per un pistoncino in teflon.
All'interno della "fiamma" di combustione, nei motori endotermici, si arriva anche ai 4500°C. Ma non per questo la testata e il pistone arriveranno mai a quelle temperature. Per prima cosa sono "istantanee", per cui ci sono per pochi microsecondi prima dell'espansione che le abbassa subito, poi c'è la dispersione termica dovuta alla conduttività dei metalli e al sistema di raffreddamento.
Daltronde anche nelle lampadine a basso consumo il gas stà a 6500° Kelvin (circa 6250° C....), eppure il tubo di vetro non si fonde..... Quì per la rarefazione, e naturalmente per la dispersione del calore nel vetro per il contatto con l'aria.
Immagino che anche per il motore a vapore possa essere più o meno così, che il cilindro si raffreddi a contatto con l'aria. Però, come il cielo del pistone del motore endotermico è la parte che "soffre" di più per la temperatura della combustione (raffreddato dal velo d'olio tra questo e il cilindro.....) così credo che la parte che soffre di più nel motore a vapore resti comunque il pistone.

[Dolomitico]

Questa cose della temperatura di ebollizione secondo la pressione la sapevo già, tant'è che si dice che il caffè e il thè in alta montagna vengano meno saporiti.

Si,potrebbe essere,cmq era per avere una panoramica di come funzionino le cose.

All'interno della "fiamma" di combustione, nei motori endotermici, si arriva anche ai 4500°C.......

Addirittura (!) più di quello che pensavo,cmq come dici tu non si fonde nulla,forse il pistone,in effetti non so se farlo in plastica sia una buona cosa,stasera mi è venuto in mente come poter ricavare 2 fasce elastiche per il pistone,va anche detto che le velocità sono abbastanza basse e un difetto cronico dei motori a vapore è proprio il calo di temperatura che si verifica fra l'entrata del vapore nel cilindro e la successiva uscita per lo stesso condotto che innesca uno scalda/raffredda continuo del cilindro,fra il vapore caldo che spinge e quello esausto e espanso che esce.

[elettrauto]

innesca uno scalda/raffredda continuo del cilindro,fra il vapore caldo che spinge e quello esausto e espanso che esce.

Robert Stirling ha risolto questo problema mettendoci uno stadio (lo ha chiamato rigeneratore) con alta capacità termica in modo da assorbire il calore che andrebbe perduto e lo restituisce al vapore freddo che rientra, è scritto nel file che ho allegato nella discussione a pagina 16 http://offgrid2.altervista.org/viewtopi ... =189#p4741 è nel file pdf sopra l'immagine, magari ti può essere utile pure in questo caso.

[Dolomitico]

Oggi sono riuscito a progredire i lavori del mio motore oscillante,fissato il cilindro,fatto il pistone con il perno,e fatto il disco che farà da albero,poi siccome ho ho minimamente guardato alcuna istruzione,ma ho fatto a naso mi sono accorto stasera che le misure sono corrette,ovviamente ho cercato di mettere cuscinetti nei punti giusti,ma mi sono accorto che l'oscillazione fatta dal cilindro è più ampia della superfice che tappa i fori,quindi dovrò inventami qualche modifica.
Devo dire che semplice lo è,da costruire,ma proprio sulle cose semplici ti accorgi che ogni cosa,ogni spessore ha un suo perchè.Appena arrivo posto qualche foto.

[maxlinux2000]

dovresti imparare ad usare un programma 3D, cosí puoi dare le simulazioni che vuoi e risolvere i problemi prima ancora di costruire alcunché.

[Dolomitico]

dovresti imparare ad usare un programma 3D, cosí puoi dare le simulazioni che vuoi e risolvere i problemi prima ancora di costruire alcunché.

Beh,a dire il vero basterebbe seguire uno schema gia fatto,ma siccome i pezzi sono quello che trovo in giro e non sono fatti su misura ovviamente qualche intoppo cè.
Non è cmq una cosa grave,ma vedo che anche su un semplice oscillante ogni cosa ha un suo perchè.
Con i programmi 3D ci faccio un po a cazzotti,non sono tanto bravo,più che fare cilindri e teiere non mi riesce

[elettrauto]

Dolomitico, su questi argomenti ci si perde il sonno ed allora mi sono detto, ma possibile che un comune mortale diseredato senza tornio oO , con strumenti che si avevano nel 1800 oppure con strumenti poco costosi, non deve poter trasformare il calore in elettricità?

Ad un certo punto ho pensato alla turbina kaplan e da lì ho capito solo oggi veramente come funziona la turbina a vapore ed ho avuto l'illuminazione (o l'abbaglio )
http://it.wikipedia.org/wiki/Turbina_a_vapore
"La turbina a vapore, grazie alla più alta efficienza termica ed al miglior rapporto potenza-peso, ha completamente sostituito la macchina a vapore, che era un motore alternativo inventato da Thomas Newcomen e poi significativamente migliorato da James Watt."

Anche se le palette si imbullonano una ad una ad esempio 5 palette svasate con la lima per dargli un profilo curvo come ad esempio un profilo aerodinamico NACA, a partire da una bacchetta di ferro da fabbro, quello con cui ci fanno i balconi delle case.
e poi piegato a colpi di mazzuolo, lavoro che ho già fatto per altri usi e la lamiera da 3mm di acciaio si piega come il burro se gli metti contro il mazzuolo da 800 grammi (:) .
O se non si vogliono imbullonare le palette rendendole ad L col mazzuolo, si può sempre saldarle.
Anche a fare 8 o 10 palette e a non avere efficienza altissima, si possono fare 2 stadi e si recupera moltissimo, tanto che la macchina a pistoni è molto inefficiente rispetto a quella a palette e la costruzione non richiede il tornio ed il tormento di far combaciare perfettamente le cose.
Nelle centrali termoelettriche si usano le turbine a vapore proprio per questi motivi.
Che ne dite? Sto vaneggiando? :: )

[elettrauto]

Quanto al doppio stadio, anche quelli a pistoni usano doppia o tripla espansione, cioè 2 o 3 cilindri in serie per aumentarne l'efficienza, come si vede nell'animazione del motore del titanic

"Proprio la soluzione a turbina (adottata a cominciare dalle navi militari a partire dal 1905) avrebbe soppiantato completamente in campo marino i motori alternativi prima di essere a sua volta soppiantata dai motori a combustione interna e dalle turbine a gas (che ha il difetto di essere a combustione interna invece quella a vapore è a combustione esterna e può inghiottire legno od altro)
http://it.wikipedia.org/wiki/Turbina_a_gas
. Le turbine a vapore rimangono in uso soprattutto nelle centrali elettriche come forza motrice per azionare gli alternatori trifase."

http://it.wikipedia.org/wiki/Motore_a_vapore

Un'alternativa alle palette limate può benissimo essere la piegatura su un cilindro di metallo pi opportuna curvatura a mazzuolate, previo ammorsamento con morsetti da un lato (io ho usato i morsetti quelli grossi del brico center in ghisa), e la cosa funziona, non vengono proprio limpidi, ma una precisione dell'80% mi dà soddisfazione. poi si possono saldare con l'opportuna inclinazione ad un disco di lamiera da 3 mm tagliato col flex.
Un'altro vantaggio sarebbe che la produzione di energia elettrica con una turbina di piccolo diametro avverrebbe ad alta velocità, quindi l'alternatore sarebbe abbastanza più piccolo.
Un ulteriore vantaggio è che non serve fare il meccanismo biella-manovella per trasformare il moto lineare del pistone in moto circolare per l'alternatore.

http://it.wikipedia.org/wiki/Turbina_a_gas (alla voce principio di funzionamento)
"In generale, al diminuire della taglia della turbina aumenta la velocità di rotazione dell'albero (o degli alberi), in quanto la velocità periferica delle pale è un limite progettuale. I motori aeronautici operano intorno ai 10.000 giri/min (sezione di alta pressione) e le microturbine intorno ai 100 000 giri/min." Per il vapore vale lo stesso principio.

Tutte semplificazioni che almeno all'apparenza mi fanno uscire da una situazione di dannazione (woot)

[elettrauto]

O meglio ancora, l'idea dei tubi di PVC con cui Effeci2 realizza le pale eoliche mi fa pensare che si potrebbe usare un tubo di metallo, come quelli dei muratori e tagliarlo in 4 ed avere già le palette curvate per nascita, e si evita un sacco di lavoro, e scegliendo il diametro del tubo si può scegliere la curvatura che si vuole.
Tempo fa sono andato a comprare dei quadralini alla centrale del ferro locale, una SRL che vende metallo ed ho visto che tubi di acciaio ne hanno di tutti i diametri e costano 1,5€ al Kg, pari al prezzo dei quadralini che ho comprato io.

Poi se proprio si vuole esagerare, si può fare una fusione di alluminio unica facendo uno stampo come nel video della persona che ho postato (al momento non ricordo dove qui nel forum) che lo fa facendo un prototipo e poi con sabbia e scatoletta in legno li fa in serie, un po' come ha fatto debitamente Ferrobattuto con l'alluminio ed il piombo ed Hal9000 col piombo.

[elettrauto]

Quanto al rendimento è molto alto
http://it.wikipedia.org/wiki/Turbina_a_gas
"efficienti – fino al 60% "
"Tipicamente l’efficienza di una microturbina in ciclo semplice varia dal 25 al 35%. In un impianto di cogenerazione si possono raggiungere rendimenti di primo principio complessivi superiori all’80%"

Se si fa a ciclo non semplice, ovvero con 2 in cascata il rendimento si alza.

[elettrauto]

Posto qualche video, ho cercato "steam turbine diy" (turbina a vapore fai da te)
http://www.youtube.com/watch?v=AIFTBITYjb0

Questo accoppiato alla turbina a vapore sembra il generatore asincrono spaccaschiena di Ferrobattuto
http://www.youtube.com/watch?v=roV7znYVwMA

[Dolomitico]

Beh,realizzare una turbina è sempre stata un'idea migliore,ma vuoi mettere il rumore?
Se lo metti di fuori è un conto,ma in casa?
Paragonato a questo:
http://www.youtube.com/watch?v=dI3X3ghgzjw
o questo:
http://www.youtube.com/watch?v=7xQLL9fx ... re=related
Poi,è vero che la resa è maggiore,ma la turbina deve essere a più stadi,altrimenti la resa è cmq bassa.
In realtà dipende tutto de che impianto intendi fare,è un sistema d'emergenza per avere energia e calore?Basta un motore volumetrico a pistoni,se vuoi le turbine il sistema diventa più complesso,forse dovresti provare a costruire una turbina di tesla,per chi non ha tornio è una soluzione ideale,è funzionale e la puoi fare sia con piatti da hard disch,cosi regge al vapore oppure altri piatti,se usi aria compressa la puoi fare anche coi cd....
http://www.youtube.com/watch?v=e7nFga2BpGU
Resta il problema del casino......
Come vedi il discorso è vario.
Poi la resa di un motore a vapore è relativa,se metti vari pitoni in serie di diamentri crescenti,proprio come il titanic arrivi a rese simili o superiori al motore a benzina,poi sfrutti il calore residuo per scaldare casa,magari un serbatoio ad accumulo.
Se fossi in te che non hai un tornio,punterei sulla turbina di tesla,non richiede grandi precisioni.
Prendi un vecchio hard disck,togli il coperchio,se ha 2 piatti interni hai già una cosa simile alla turbina di tesla,prendi un compressore e spari l'aria attraverso i 2 piatti,vedrai che comincianoa girare velocemente,dopo se farai qualcosa di più serio dovrai ridurre i giri da venti milioni (woot) a 1000/2000 u/min per aumentare la coppia e accoppiarlo a un generatore.

[elettrauto]

Dolomitico, vedo che in passato ti sei documentato abbastanza...grazie per gli utilissimi link!!!

La turbina di Tesla fa pure un gran rumore, ma va velocissima rispetto all'oscillatore ad aria compressa (il primo link che hai postato).
Ma fa rumore anche quello ad aria compressa quando aumenti il umero di giri (ma meno della turbina di tesla).
Credo che lo stratagemma per evitare gran parte del rumore, sia nel tuo caso che lo stai realizzando a pistoni, sia nel caso della turbina (su cui penso che mi orienterò, per poterlo fare con strumenti che ho a disposizione) sia quello del ciclo chiuso, ovvero non far sfogare all'esterno il vapore, ma ricondensarlo tramite uno scambiatore di calore per riscaldarci la casa o l'acqua dello scaldabagno, in tal modo si ha l'effetto dell'attenuazioned del rumore come in un'auto senza marmitta, quando gliela rimonti diventa paradiso dal punto di vista del baccano che si riduce proprio di tantissimo!!!

Comunque, all'aumentare del numero di giri il rumore aumenta sia con i pistoni che con la turbina, bisognerebbe vedere se, non ad 1 milione , ma a 1000rpm, se fa più rumore il motore a pistoni o la turbina, naturalmente a parità di potenza erogata all'albero.
Ci studierò un po' su...

[Dolomitico]

Dolomitico, vedo che in passato ti sei documentato abbastanza...grazie per gli utilissimi link!!!

Lo studio è essenziale per capire il più possibile le variabili di un progetto.
Quindi tanta ricerca e altrettanta lettura.
Per fortuna che internet facilita di molto.
io punto sul motore a vapore (per adesso,ma uno stirling magari arriverà) perchè non servono giri assurdi,se fatto bene già a 200 giri al min hai già una bella coppia,che adattata a un generatore stile piggott fa molta potenza con poco casino.
Non troverai mai una turbina che eroga potenza a pochi giri al min,le turbine devono girare velocissime appunto per generare innerzia che una volta ridotta permette di avere coppia,un po come un motore a benzina a manetta in prima,moltissima coppia e poca velocità,ma il motore gira forte,mentre un motore a vapore genera coppia anche a 1 giro al min,è la pressione che fa tutto.
Come dicevo,sempre compromessi,è la storia della vita. :sweet:

[elettrauto]

io punto sul motore a vapore (per adesso,ma uno stirling magari arriverà)

Dolomitico, io cerco di capire studiando il perché hanno scelto di fare dispositivi a vapore in quasi tutte le centrali del pianeta, e non ad aria (cioè Stirling), Da quando tu ed Ferrobattuto avete fatto le vostre doverose obiezioni mi sono interrogato.

Può darsi che sia meglio il vapore piuttosto che l'aria, prima di rimetterci mano ci sto riflettendo seriamente, soprattutto dopo che ho cercato di realizzare, fallendo, sia la pseudo tornitura del disco che del cilindro alto.

Comunque il primo video che hai postato penso sia ad aria compressa, quello mi sembra davvero silenziso.

Tu di che diametro vuoi realizzare il pistone per il motore a vapore? Magari quello che ho cercato di fare io è troppo ampio (era di 80mm il mio della foto).