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Tiberio Simonetti1.
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Buongiorno a tutti i lettori del Forum.
L'idea si riferisce ad un progetto in cui è possibile avere free energy dal generatore-i montato-i sulla leva-ruota. In partenza è necessario avviare tutto il blocco con un motoriduttore di piccola potenza, dopo di che è possibile prelevare energia elettrica dal generatore.
Edited by Tiberio Simonetti1 - 28/6/2019, 14:19. -
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Ciao, sarebbe interessante qualche dettaglio in più, giusto per capire. Hai già brevettato l’idea? È un esperimento ripetibile? . -
Tiberio Simonetti1.
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Buongiorno sig. MetS
Prima di tutto la ringrazio per aver chiesto dei chiarimenti e in base a questo le invio volentieri tutto il necessario per poter valutare la cosa. Premetto che il dispositivo ( estremamente semplice) tenta di dimostrare l'inesattezza del Primo principio Termodinamico non con una teoria confusa o bizzarra, ma con degli esempi numerici collegati ai disegni che insieme a questi le invierò. Ho cercato, prima di postare l'idea, alcune
cose (equazioni di primo principio) che mi convincessero della sua non funzionalità, ma non ci sono riuscito e così l'ho inviata sulla rete.
Il motivo è che, in caso di fattibilità, l'idea non è brevettabile, in quanto il MISE non accetterebbe mai e comunque un brevetto che voglia dimostrare quanto già detto, ed allora meglio è se divulgato a quanti più possibile. Brevetterò in seguito ( se il prototipo che sto costruendo mi convincerà) una volta dimostrata la funzionalità e ripetibilità, alcune modifiche al progetto principale in modo tale si possa costruire senza avere impedimenti da chicchessia. Ogni lettore è libero di costruire per proprio conto un prototipo, in piena autonomia, sollevando il sottoscritto da qualsiasi responsabilità.
Per qualsiasi altra cosa mi trova quì.
A risentirci
Tiberio Simonetti
Il dispositivo ha come funzionamento di base una leva di primo genere. Questa leva in equilibrio ha un fulcro, da una parte l'alternatore al cui albero è collegato un braccio fisso ed un peso. In linea ma più distante dal fulcro un contropeso la cui posizione porti la leva in equilibrio. In sostanza il peso del generatore sommato al braccio (completo di peso) deve essere in equilibrio con il contropeso.
Ora,se l'albero del generatore è posizionato ad esempio a 10 cm dal fulcro e la leva entra in rotazione, tutto il generatore girerà come un eccentrico intorno al fulcro. Il motoriduttore che muove tutta la leva fa uno sforzo minimo in quanto deve solo immettere energia pari agli attriti dei cuscinetti essendo la leva in equilibrio.
Escludendo l'energia necessaria per superare l'inerzia (poi magari se si vuole si può anche fare un calcolo per l'inerzia : F = m x a + attriti) gli attriti
su un peso ad esempio di 100 kg possono assorbire al massimo : 100 kg x 0,002 ( coeff. attr. cuscinetti) = 0,2 kg x 0,5 mt ( raggio leva) x 2 x 3,14 = 0,628 kg mt = circa 6,15 watt (in ogni caso questa potenza dovrà essere più grande diciamo intorno ai 200 watt, perchè dovrà superare anche la forza di inerzia contraria al moto).
Superato il periodo transitorio (giri standard con ad esempio 1 giro / sec) la leva girerà per conto suo con lo sforzo già calcolato, mentre il generatore farà lo stesso. Adesso però, il rotore collegato al braccio del generatore è come se ruotasse tranquillamente in senso contrario al verso della leva, essendo questo completamente libero di ruotare perchè scollegato dalla leva stessa. In sostanza lo statore del generatore fisso sulla leva ruoterà intorno al fulcro,il suo asse farà la stessa cosa ma non il rotore che collegato ai cuscinetti interni dello statore rimarrà fermo ed in perfetta perpendicolarità (o quasi perpendicolarità perchè l'eventuale ritardo rispetto ai 180 ° dipenderà dalla lunghezza del braccio).
Lo statore che ruota insieme alla leva cercherà di trascinarlo con se ( e questo implicherà un certo ritardo con un angolo compreso tra i 180° e 270°) per effetto della forza elettromotrice indotta ma non potrà farlo perchè sull'asse del generatore è collegato il braccio con il suo peso (100 kg).
Il momento generato dal braccio deve avere una valore più grande della forza elettromotrice indotta che genera elettricità nel generatore, per cui, se ad esempio il braccio fosse lungo 2 metri, il suo momento potrebbe valere : 2 mt x 4 (2 metri nei primi 90 ° , 2 mt a 180 °, 2 mt a 270 ° e 2 mt a 360 °) x 100 K = 800 kg mt = circa 8 kw x 0,8 (rendimento) = 6,4 kw
Se l'alternatore ne dovesse assorbire solo 4 kw e quindi produrne altrettanti verso l'esterno ne avanzerebbero in ogni caso 2,4 kw sufficienti a tenere il braccio abbastanza vicino ai 180°.
Ancora una riflessione su ruota-leva con eccentrico energetico.
Se si pensa ad una ruota da luna-park posso immaginare che il numero dei sedili sia un numero pari (ma non li ho mai contati) penso per dividere il peso sempre in parti uguali. Quando le persone sono ben distribuite sull'intera ruota il sistema è in equilibrio ed il motoriduttore che la porta in continua rotazione fa un lavoro per superare solo gli attriti dovuti al solo peso ( ruota + sedili + persone). Ora i perni su cui ruotano i sedili hanno dei cuscinetti in modo a far si che i sedili rimangano sempre in modo perpendicolare al terreno.
Domanda al lettore : ma gli attriti provocati all'interno dei cuscinetti chi li compensa ? No di certo il motoriduttore che agisce solo sulla ruota in equilibrio e continua ad erogare energia sempre allo stesso modo. Ed allora ???
Ok, a questo punto decido di montare degli alternatori in corrispondenza di ogni perno bloccando ognuno di questi sul telaio della ruota. Il braccio corrisponde al braccio del sedile, mentre i passeggeri vanno al posto del peso e tutti e due fanno corpo unico con il rotore che gira all'interno dello statore che è fisso sul telaio della ruota.
Ogni sedile genererà energia moltiplicata per il numero di tutti i sedili, mentre la ruota non si accorgerà di niente e continuerà a fare sempre lo stesso lavoro prima che apportassi questa modifica.
Edited by Tiberio Simonetti1 - 1/7/2019, 08:21Attached Image
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Tiberio Simonetti1.
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Inserisco un altro disegno : Attached Image
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Ciao Tiberio, ma tu l’hai solo pensato il dispositivo oppure è stato anche costruito? In fisica e comunque nel mondo scientifico una scoperta, qualsiasi essa sia o un esperimento deve essere ripetibile anche da soggetti diversi che ottengano gli stessi risultati dell’inventore affinché la scoperta o invenzione sia considerata valida.
Ora vedendo i tuoi disegni mi viene appunto questo dubbio. Mi piacerebbe sapere se hai realizzato un prototipo della tua ruota e se hai registrato il risultato come immaginato.
Raccontaci la tua esperienza.. -
Tiberio Simonetti1.
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Buongiorno MetS
Sto costruendo il dispositivo e sto aspettando uno dei due motoriduttori mentre il generatore ce l'ho già.
Penso di terminare entro questo mese e verificare ogni cosa.
Non ho presentato ancora nessuna domanda di brevetto e prima di far questo controllerò la funzionalità e ripetibilità
del dispositivo. Tra l'altro, non presenterò domanda così come è stata descritta quì, ma verrà modificata in modo
sostanziale in modo tale si possa avere una certa novità anche rispetto all'idea originale.
Per come la vedo io, il primo principio viene sempre rispettato. L'energia infatti che entra nel motoriduttore
(ad esempio da una batteria) rimane tutta ed è uguale a quella che esce mentre quella prodotta dal generatore è in più.
D'altronde come fa un elettrone a girare intorno al suo nucleo, e da dove entra l'energia per la sua rotazione (visto che
esso è comunque dotato di massa).
Come fa l'Universo ad espandere ed accelerare se l'energia è sempre la stessa? Se questa non può essere ne creata
ne distrutta e quindi è costante, da dove viene quella che accelera e che crea espansione ?. -
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Immane Rompiball
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Per quanto riguarda l'elettrone si chiama enrgia del punto zero o ZPE che non è disponibile e mai estraibile è l'energia contenuta nella materia e non può essere estratta. L'universo si espande, a causa dell'energia che permea l'universo stesso e non è energia dal punto di vista newtoniano ma è energia da distruzione della materia o di riconversione dell'energia in materia. Non non vediamo qusti fenomeni perchè avvengono solo in determinate regioni dello spazio. Anzi no, noi vediamo tutti i giorni quest'energia che ci arriva dal sole che è un enorme reattore a fusione fissione. E di stelle e buchi neri ce ne sono a iosa.
Non è che il tuo prototipo si basa sull'energia potenziale e cinetica come concetto? Ti consiglio di controllare e ricontrollare prima di spender soldi in motori e riduttori perchè i principi della termodinamica o della fisica newtoniana ma anche di quella relativistica generale o meno sono abbastanza dimostrati e non facilmente raggirabili.
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Tiberio Simonetti1.
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Per quanto riguarda l'elettrone si chiama enrgia del punto zero o ZPE che non è disponibile e mai estraibile è l'energia contenuta nella materia e non può essere estratta. L'universo si espande, a causa dell'energia che permea l'universo stesso e non è energia dal punto di vista newtoniano ma è energia da distruzione della materia o di riconversione dell'energia in materia. Non non vediamo qusti fenomeni perchè avvengono solo in determinate regioni dello spazio. Anzi no, noi vediamo tutti i giorni quest'energia che ci arriva dal sole che è un enorme reattore a fusione fissione. E di stelle e buchi neri ce ne sono a iosa.
Non è che il tuo prototipo si basa sull'energia potenziale e cinetica come concetto? Ti consiglio di controllare e ricontrollare prima di spender soldi in motori e riduttori perchè i principi della termodinamica o della fisica newtoniana ma anche di quella relativistica generale o meno sono abbastanza dimostrati e non facilmente raggirabili.
Grazie Lawrence per la tua risposta. Per la verità non sono un Fisico e le mie riflessioni si basano sulla logica
spiccia e su quel poco di razionalità che i miei limiti mi impongono.
Il prototipo che ho ideato e che sto costruendo dovrebbe sviluppare al massimo una potenza positiva di circa
30 watt (e in pratica circa 20 watt) e assorbirne circa 8-10 watt.
Su che cosa si basa poi questo dispositivo non lo so, forse riuscirà ad estrarre energia da un momento di una
forza-peso applicata al braccio del generatore . So solo che per poter far girare tutto il dispositivo ho bisogno
di superare gli attriti generati dal peso della ruota più il peso del blocco generatore (e questo l'ho già verificato
con il tester misurando una potenza negativa sul motoriduttore di circa 8-10 watt mentre quella positiva prodotta
dal generatore la vedrò tra un paio di settimane). La spesa totale per questa prova dovrebbe aggirarsi intorno alle
00-220 euro.
Questo prototipo non è un amplificatore di forze (perchè in questo caso si comporterebbe come un riduttore) ma
piuttosto dovrebbe essere un amplificatore di energia elettro-meccanica. Infatti quando l'albero del motoriduttore
fa un giro, lo fa anche il braccio del generatore, ma mentre il motoriduttore spinge sulla ruota per vincere la forza
di attrito generata dal peso della ruota (e li dentro c'è anche il peso del blocco generatore), il generatore gira per
effetto del momento della forza prodotta dal braccio.
Se mi chiedi poi di mettere la mano sul fuoco su quello che ho ideato ti rispondo dicendo che non ce la metto,
anzi non ce la metto proprio, se prima non avrò verificato per almeno una settimana di seguito l'intero congegno.
Edited by Tiberio Simonetti1 - 16/7/2019, 07:46. -
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Immane Rompiball
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Ok, io non ci investirei neppure un soldo di cacio. Come fece il tizio del moto perpetuo.
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Tiberio Simonetti1.
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Ok, io non ci investirei neppure un soldo di cacio. Come fece il tizio del moto perpetuo.
"Meglio essere ottimisti ed avere torto piuttosto che essere pessimisti ed avere ragione".
In base a questa massima posso aver pace solo dopo essermi preso tutto il torto, ma non prima di aver
concluso la prova.. -
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Immane Rompiball
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Non dire dopo che non te lo avevo detto.
Essere ottimisti è una cosa creduloni un'altra, c'è in giro una manica di inventori "virtuali" che inventano cose che non andranno mai e le postano in internet perchè così sono gli altri a spendere tempo e soldi per fare cose impossibili che non andranno mai per quei rincitrulliti disonesti o per venderti un libro su come loro ci sono riusciti (e te no).
Altri sono bimbi minchia che giocano a fare i saputelli e basta.
Ripeto, non dire poi che non tel'avevo detto.
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Tiberio Simonetti1.
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Questo è un impianto per la produzione di energia elettrica con prelievo di energia termica a temperatura ambiente. I cicli vengono descritti in modo molto dettagliato e supportati da equazioni termodinamiche specifiche.
Se alcuni passaggi dovessero essere poco chiari o incomprensibili sono sempre quì a disposizione.
Riassunto
Titolo : Sistema Coldairback per la produzione di energia elettrica da energia termica a temperatura ambiente.
Il vettore è aria liquida a circa 86-88 K e 3,8 Bar di pressione. Usando energia termica ambiente la si fa tornare allo stato gassoso facendola espandere su tre turbine coadiuvate da un compressore ed una pompa idraulica. In partenza è necessario fornire elettricità, dopo di che tutto il sistema si autosostiene. Questo è l'elenco dei dispositivi più importanti :
N° 4 scambiatori indicati con Sb1-Sb4 con radiatore Rad
N° 3 turbine, T1-T3 con i relativi generatori elettrici Gen1-Gen3;
N° 1 compressore indicato con P1 e un Booster da 200 Bar;
N° 1 depuratore indicato con Dep ; 2 pompe idrauliche indicate con P2-P3; 5 manometri indicati con M1-M5; 13 valvole V1-V13+1 valvola nebulizzatricerice VN+1 valvola di non ritorno VNR; 1 serbatoio contenente alcol etilico denaturato;
1 frigorifero criogenico+ 2 serbatoi d'aria A1-A2.
Portata d'aria per il circuito interno int-cric = 20 grammi / sec;
Portata d'aria per il circuito esterno ext-circ 10 grammi / sec.
Potenza meccanica sviluppata 906 watt / 10 grammi.
Descrizione vera e propria
Titolo : Sistema Coldairback per la produzione di energia elettrica da energia termica a temperatura ambiente.
Il circuito interno indicato con int-circ è formato da : Sb2, T3, Sb1, T2, P1 al cui interno scorre sempre aria sotto forma di gas. La sua pressione varia continuamente tra 1,9 e 2,7 Bar. Il circuito esterno indicato con ext-circ è formato da : P2, Sb2, Sb4, Sb3, T1, Sb1 al cui interno scorre aria liquida, in vapore o in gas. La sua pressione è sempre costante con P = 3,8 Bar.
Motivi per la scelta del fluido vettore aria.
La scelta dell'aria apporta diversi vantaggi. E' un gas perfettamente ecologico, depurato da CO2 e da altri gas inquinanti, facilmente liquefabile da frigoriferi criogenici e non asfissiante in caso di perdite accidentali. Il liquido aria in fondo a Sb2 subisce una polverizzazione prodotta dalla valvola nebulizzatrice Vn, creando in ingresso allo scambiatore un volume liquido-vapore molto ampio. L'impianto è isolato (gli scambiatori hanno involucro esterno sottovuoto) e gli attriti dei vari dispositivi vengono riassorbiti dai serbatoi Sb1 e Sb2. L'efficienza però è sempre inferiore a 1 in quanto non esistendo aria atmosferica in pressione, le perdite di fluido (inevitabili) devono essere reintegrate dai serbatoi di riserva A1-A2. Oltretutto, il prelievo di calore a temperatura ambiente in Sb3 è accompagnato da energia elettrica consumata dalla pompa P3 che spinge alcol etilico nel radiatore Rad e preleva energia elettrica esterna. Si decide per tutte le turbine e la pompa idraulica P2 (escluso gli scambiatori e il compressore P1 ) un rendimento = 0,7 e pressioni d'aria più basse possibili per avere rendimenti accettabili anche con impianti di piccola potenza. Per queste infatti si considerano compressioni tra 1,9 e 2,7 ed espansioni isobare costantemente a 3,8 Bar.
Avviamento dell'impianto e periodo transitorio del circuito.
Viene prelevata elettricità esterna per alimentare il frigo criogenico
(Ni-Free) e produrre aria liquida in A2. Per sicurezza è possibile produrre aria liquida anche con il gruppo Linde, chiudendo M1 sul serbatoio A1 ed inviando aria proveniente dal dissipatore Linde. Questa espande in A1 con P = 1 Bar per poi in controfase raffreddare se stessa, fino a completa liquefazione in A1 con T = 79 k. In seguito, vengono aperte per alcuni secondi le valvole V1, V3, V4 per espellere la normale aria presente in tutti i dispositivi, quindi il sistema invia aria liquida nel deposito Sb1. Le turbine ed il compressore partono con il gas che ancora esce dalle valvole V3 e V4, parzialmente chiuse (valvole a controllo elettrico) fino a che le temperature e le pressioni non si sono stabilizzate. Il sistema, con la lettura dei sensori, regola manometri, valvole e numero di giri delle pompe finchè non si raggiunge una certa stabilità. La pompa P3 è ferma, e la turbina T1 è spinta dalla differenza di pressione tra il serbatoio A2 e la valvola V4 parzialmente chiusa.
Energia termica esterna in Sb3 e partenza del circuito interno.
l'Alcol Etilico ha caratteristiche di fluidità fino a - 114 °C e quindi in grado di prelevare calore esterno e cederlo al fluido criogenico in Sb3 senza congelare. Il circuito interno, partendo dallo scarico della turbina adiabatica T3 (T = 86 k) ha il compito di prelevare in Sb1 non solo energia termica al gas in ingesso su Sb1 (T = 210 k) ma anche la sua energia di liquefazione, il cui valore, se la sua pressione critica è di 3,8 Bar, vale 1140 Joul (questo valore verrà trovato con il grafico di compressibilità).
La portata nel circuito interno è di 20 grammi / sec mentre la portata del circuito esterno vale 10 gr / sec. Il fluido in discesa in Sb1, per poter liquefare, deve raggiungere la sua temperatura critica che vale 93 k (P crit e T crit verranno trovati sul grafico di compressibilità) come indicato nel disegno in basso su Sb1 e cedere energia pari a (la capacità termica dell'aria vale 1 kj/kg) : (210 k - 88 k ) x 10 gr+1140 joul =2360 joul. L'altro gas (sempre aria con T = 86 k) in risalita con portata = 20 gr, deve prelevare : (2360 : 20 gr) =118 k +86 k (temp in uscita da T3) =204 k ( temp di uscita alta del circ int su Sb1). Questo valore è inferiore di 6 k rispetto alla temperatura in ingresso su Sb1 che vale come detto 210 k, quindi lo scambio diventa fattibile sia dal punto di vista fisico che meccanico. In sostanza, il gas in discesa su Sb1, entra nel deposito liquido già preparato anzitempo dal frigo criogenico e liquefa totalmente. Naturalmente è necessario calcolare le superfici esposte allo scambio ed i volumi, affinchè il gas abbia tempo e si verifichi una liquefazione totale (si farà un esempio su questo scambiatore).
Lavoro turbina T3
Sulla turbina adiabatica T3 è posto il manometro M3 tarato a 2,7 Bar, mentre il manometro M2 è davanti al compressore P1 e tarato a 1,9 Bar. T3 riceve aria a 2,7 Bar compressa da P1, ma raffreddata in Sb2 dal gas liquido che con T = 88 k in risalita, raffredda l'altro in discesa fino a T = 91 k. Il lavoro prodotto in T3 porta il gas in uscita a circa 86 k. Infatti si ha : 91 k x
(( 1,9 Bar / 2,7 Bar) x 0,94 (Z) ) * 0,286 = 83,7 k (valore teorico) con un delta T = 91 k - 83,7 = 7,2 k x 0,7 (efficienza) = 5,06 k (delta T reale). Infine, questo è il valore che deve essere tolto a 91 k per avere : 91 k - 5 k = circa 86 k. Il lavoro positivo prodotto con l'espansione vale : 5 k x 20 gr = 100 joul (descriverò in seguito il valore di Z).
Lavoro pompa idraulica P2
Il delta T tra il valore 91 k in uscita in basso su Sb2 ed il valore 88 k del gas liquido in ingresso su Sb2 merita un approfondimento. La pompa idraulica P2 (molto piccola ) dovrebbe spingere a pressione costante il liquido da Sb1 a Sb2 ( 10 gr / sec ) perchè tra i due serbatoi è P=cost=3,8 Bar ed il suo lavoro dovrebbe essere nullo, ma prima che il fluido entri in Sb2 la valvola nebulizzatrice Vn polverizza il fluido aumentando la uperficie di scambio tra pareti dello scambiatore e fluido. Questa operazione comporta un prelievo in più di energia da parte della pompa P2 ma che non ha influenza sui valori termodinamici all'interno del circuito. In sostanza, lo sforzo della pompa e quindi il suo assorbimento elettrico esterno può valere al massimo (con P = 8 Bar) una potenza pari a : (0,01 kg x 8 Bar x 10 metri) / 0,7 x 102= 11,2 joul. Questo valore compensa grosso modo l'energia che agisce con la nebulizzazione mentre le perdite reali della pompa potrebbero essere al massimo uguali a 2-3 joul ed essere caricate nel sistema. La pompa inoltre regola in Sb2 anche la portata e quindi la pressione del circuito esterno su tutti i vari dispositivi. La stessa cosa vale per P1 che opera nel circuito interno. La portata interna infatti dipende da questo dispositivo che accelera o diminuisce in velocità a seconda dei casi regolando gas e pressione (ma solo qualche decimo di Bar) in Sb2. Per regolazioni più ampie, se necessario, possono intervenire i manometri ed il blocco A1-A2.
Lavoro turbina T2
L'uscita in alto su Sb1 come calcolato vale 204 k ed il gas con questo valore entra in turbina T2. L'espansione è a pressione costante con P = 1,9 Bar e regolata dal manometro M2. Questo valore di pressione è quello che entra nel compressore P1. Il lavoro isobaro prodotto da T2 vale : 2360 joul (questa è l'entalpia che il gas in risalita deve prelevare dall'altro in discesa) x 0,287 (cost per l'aria) x 0,7 (rend)=+ 474 joul , mentre la temperatura in uscita da T2 vale : Tutto il lavoro prodotto diviso la quantità in grammi del gas, ed il risultato sottratto al valore di temperatura del fluido prima di entrare in turbina : 474 joul / 20 gr=23,7 k che sottratti a 204 k da il valore in uscita da T2 , ossia 204-23,7=180,3 k.
Compressione adiabatica del compressore P1.
Il gas con 180,3 k entra in P1 e viene compresso adiabaticamente da 1,9 a 2,7 Bar con un rendimento uguale a 0,85. Questa efficienza è ottenibile con pressioni molto basse in cui non ci sono trafilamenti di fluido e pochi attriti (compressore oil-free). L'aumento di temperatura con la compressione vale : 180,3 k x (2,7 / 1,9 ) *0,286 = 199,36 k con un delta T = 19,06 k che diviso per 0,85 = 22,42 k da un lavoro negativo di 22,42 x 20 gr = 448 joul. L'energia in più immessa dal compressore è rappresentata dall'incremento di temperatura di 22,42 k e caricata in ingresso allo scambiatore Sb2.
Scambi in Sb2
La T del fluido in uscita da P1 e in ingresso su Sb2 diventa : 180,3 + 22,4 = 202,7 k. In Sb2 inizia il raffreddamento fino a 91 k ed il fluido cede energia uguale a : (202,7 - 91 ) x 20 grammi = 2234 j. Il liquido in risalita ne preleva : 2234-1140 (entalpia evaporazione) : 10 gr = 109,4 k + 88 k (temp di partenza del liquido)=197,4 k valore inferiore di 5,3 k rispetto ai 202,7 in uscita da P1 per cui può essere accettato come temperatura del fluido in ingresso a Sb3. Sb4 è interdetto in quanto la valvola V8 è chiusa (descriverò in seguito lo scambiatore Sb4) ed il fluido passando attraverso la V7 si dirige verso Sb3.
Scambi in Sb3
L'uscita in basso su Sb2 vale come detto 91 k con P = 2,7 Bar , mentre in alto il gas in uscita da Sb2, entra in Sb3 passando sulla valvola V7, ed esce, dopo aver recuperato energia termica dal radiatore Rad. In questo circola Alcol Etilico liquido la cui temperatura vale circa 290 k. Il gas (proveniente da Sb2) invece entra in Sb3 con T = 197,4 k ed esce da Sb3 con un valore uguale a circa 288 k, poi entra in turbina T1 a pressione costante con P = 3,8 Bar. I valori di pressione vengono regolati (una sola volta) dal manometro M1 e dalla valvola V1 con il contenitore d'aria A1-A2 che entrano in azione solo se la pressione interna scende sotto ad un certo valore. Se invece i valori di pressione dovessero aumentare accidentalmente, allora vengono aperte le valvole di sicurezza V3 e V4. Tornando ancora allo scambiatore Sb3, secondo i valori di temperatura voluti in progetto, l'alcol etilico cede energia pari a : (288 k - 197,4 k) x 10 gr / sec = 906 joul termici
Lavoro turbina T1
La turbina T1 è soggetta ad una doppia sollecitazione. Da una parte (in Sb2) il gas liquido deve espandere (con espansione = cost = 3,8 Bar) e quindi tende ad accelerare, mentre dall'altra (in Sb1) lo stesso gas tende a liquefare diminuendo velocemente il suo volume. In sostanza, in Sb2, il gas spinge verso T1, mentre in Sb1 il gas aspira da T1. Il lavoro prodotto allora è doppio rispetto a quello se ci fosse un solo scambiatore : Lavoro T1 = ( 288 k -93 k ) x 10 grammi x 0,287 (costante aria ) x 2 (Sb2 ed Sb1 ) = 1119 joul x 0,7 (rend) = 783 joul. La sua temperatura di uscita ha un valore di : 783 j / 10 gr = 78,3 k e da quì si ottiene la T in uscita da T1 : 288 k - 78 = circa 210 k che è poi il valore di ingresso del gas in Sb1.
Saldo energetico e primo principio termodinamico.
Finita la descrizione dell'intero ciclo è possibile adesso fare un calcolo del lavoro positivo prodotto :
+ L estratto = 783 j (L T1)+ 474 j (L T2) + 100 j (L T3) = 1357 joul; mentre l'energia immessa vale:
Q immessa = 448 j (L P1) + 906 j (rad esterno)+3 j (L P2)=1357 joul. Netto = 1357-448-3 = 906 j meccanici che corrispondono all'energia termica prelevata in Sb3.
Il rendimento uguale a 1 è solo teorico perchè è stata consumata energia per comprimere in partenza aria nei serbatoi A1-A2 e al lavoro meccanico netto prodotto deve essere tolto ogni tanto quello necessario alla ricompressione. Con impianti di media potenza da 4-500 kw i rendimenti delle turbine centripete arrivano a circa 0,85-0,88 aumentando anche la potenza meccanica netta prodotta fino a circa 1,25 kjoul / 10 gr.
Confronto con il secondo principio termodinamico
Il secondo principio, fra i vari enunciati, fa anche riferimento all'impossibilità che un qualsiasi sistema possa funzionare se ha una sola fonte di calore. In sostanza è necessario che una parte dell'energia prelevata dalla fonte di calore primaria debba essere espulsa verso l'esterno (ossia verso l'ambiente). Nel merito questo non è possibile in quanto le temperature di lavoro sono molto al di sotto della T ambiente. Esiste però nell'impianto un pozzo di scarico dinamico in cui vengono scaricati gli attriti di tutti i dispositivi e che trasforma l'energia termica in avanzo (ossia gli attriti e tutte le perdite) in lavoro utile. Questo pozzo di scarico è il circuito interno. In esso infatti il gas criogenico in uscita dalla turbina T3, ed in risalita su Sb1, preleva nello scambio tutto il calore e l'energia di liquefazione dall'altro in discesa, per poi convertirla in lavoro utile prima in T2 e poi in T3 mantenendo costante ad ogni ciclo i valori di pressione e di temperatura.
In questo modo si è in perfetta sintonia anche con il secondo principio. L'entalpia di liquefazione invece ( 1140 j), prelevata in Sb1, è sempre la stessa e non viene trasformata in lavoro ma ceduta continuamente al fluido liquido in risalita su Sb2. Questo infatti ha necessità di tornare nello stato di gas ed essendo liquido e più freddo (86-88 k) rispetto all'altro compresso (202,7 k), non può fare altro che recuperare energia termica ed energia di vaporizzazione che lui stesso ha ceduto anzitempo in Sb1. Nello scambio (in Sb2) supera la temperatura critica che con P = 3,8 Bar vale 93 kelvin e va su di nuovo sottoforma di gas aumentando di volume e portando energia termica esterna in turbina T1. La pompa P2 che preleva il liquido in Sb1, in teoria non farebbe nessuno lavoro, perchè riceve e spinge a pressione costante (P ing pompa = P ing Sb2 = 3,8 Bar), mentre il lavoro di polverizzazione sulla valvola Vn non influisce sull'equilibrio temodinamico.
Approfondimento sulla liquefazione dell'aria in Sb1.
Se si fa riferimento alla tabella delle caratteristiche fisiche dei gas criogenici si nota il comportamento dell'aria nella zona critica. Tra il punto di ebollizione e quello di rugiada c'è una differenza di 3 k. In Sb1 allora nel punto critico = 93 k con il solo prelievo dell'energia di liquefazione il fluido scende di 3 k portandosi a 90 k. Una volta liquido, continua a scambiare con l'altro che in ingresso ha sempre 86 k. Con una media ponderata il liquido dovrebbe scendere sotto al valore di 88 k : (86 k x 20 gr + 90 k x 10 gr) : 30 gr= 87,3 k. Questa differenza rende stabile l'intero processo perchè la tendenza è ad un graduale raffreddamento del fluido.
Stabilizzare la temperatura con il circuito di reazione Sb4.
Lo scambiatore Sb4 è posizionato nel disegno tra gli scambiatori Sb2 ed Sb3. Questo, se innescato con la valvola V8 (chiudendo tutta o parzialmente la V7), provoca una reazione negativa sul valore di temperatura in ingresso allo scambiatore Sb1, ( T = 210 k) ed entra in funzione solo se il valore 210 k tende ad aumentare. Con la chiusura della valvola V7 e aprendo la V8, il fluido anzichè transitare direttamente in Sb3 entra prima in Sb4 raffreddando l'altro (ma è sempre se stesso) che dalla turbina T1 entra in Sb4 e va su in uscita verso lo scambiatore Sb1 con T = 210 k. La media ponderata infatti da : (210 x 10 gr + 197,4 x 10 gr) : 20 gr = 203,7 k. Questo valore sostituirebbe lentamente l'altro, cercando di reagire ad un eventuale aumento di temperatura.
La stessa cosa è necessaria nel caso invece la T scenda sotto i 205 k. Il sistema interviene allora chiudendo V12 ed aprendo V11 e V13. Il valore 204 k in ingresso alla turbina T2 verrebbe spostato verso Sb4 facendolo scambiare con l'altro a 197,4. Il nuovo valore in ingresso su T2 porterebbe ad una diminuzione della T in ingresso su Sb2 facendo diminuire a sua volta il valore 197,4 k e così via fino a mantenere un delta T accettabile tra T ingresso Sb1 e T ingresso T2 ( con Sb4 in sostanza, è possibile controllare i valori di temperatura in ingresso ed in uscita su Sb1 alto).
Produzione ed estrazione di aria liquida
Volendo, una parte di energia elettrica prodotta può andare ad alimentare il frigo ad azoto (o il gruppo Linde) per produrre aria liquida in avanzo e scaricarla aprendo la valvola V6 sul deposito in Sb1. Naturalmente è possibile ottenere risultati simili pure con gas diversi dall'aria e quindi l'idea rivendica anche l'utilizzo di un'altro tipo di gas utile come gas vettore per produrre sia energia elettrica che gas liquidi.
Manometri elettrici M1-M5 e valvole V1-V13.
Questi dispositivi devono essere a variazione di pressione e di portata (con motori elettrici). IL sistema dopo aver prodotto aria liquida, apre la valvola V2 ed invia il fluido in fondo a Sb1. Per l'inserimento del liquido nebulizzato in Sb2 viene aperta la valvola V5 dopo di che la pompa P2 inizia ad inviare il liquido verso Sb2. Nel frattempo il serbatoio A2 invia gas in pressione in Sb1- Sb2 e il compressore P1 comprime gas in Sb2. I manometri criogenici si posizionano con comando a motore al valore di pressione voluto dall'algoritmo che legge i valori dai sensori posizionati nei vari punti del circuito. Se non dovessero essere conformi a quanto stabilito, il sistema interviene sui vari dispositivi stabilizzando temperature e pressioni.
Calcolo dell'entalpia di liquefazione con Grafico generalizzato.
Leggendo la tabella delle caratteristiche fisiche dei fluidi criogenici , in riferimento all'aria , vengono acquisiti subito i valori di T crit, di P crit e tutti gli altri. Con questi è possibile interpretare il grafico di compressibilità. In riferimento all'aria, si ha P rid = 0,1 quando la sua pressione reale viene divisa per la sua pressione critica : P rid = 3,8 Bar / 37,7 Bar = 0,1. Allo stesso modo si calcola la T rid che vale: 93 k / 132,6 k = 0,7. Nel grafico di compressibilità si notano 3 zone, quella liquida, quella liquido-vapore e quella del gas. La zona di vapore parte con T crit = 0,6 quando la pressione vale 1 Bar e la temperatura del fluido vale appunto 0,6 x 132,6 = 79,6 kelvin. Nel merito con T crit = 93 k è appunto : 0,7 x 132,6 = 93 k ed in corrispondenza sulle pressioni ridotte c'è il valore 0,1 che moltiplicato per 37,7 da circa 3,8 Bar. Tutta la zona di vapore (guardando sempre il grafico) è divisa in settori la cui area in millimetri vale : 2172 + 1400 + 514 + 408 + 303 + 185 = 4982 mm quadri (il grafico è ingrandito ma applicando lo stesso sistema alla superficie che si ha a disposizione si ottengono gli stessi risultati). Partendo a sommare le aree dal valore T rid = 0,7 fino ad arrivare a T rid = 1 si trova un valore uguale a 2810 mm quadri , equivalenti all'entalpia compresa tra 0,7 ed 1. Ora conoscendo l'entalpia di liquefazione dell'aria ad 1 Bar di pressione (201,5 kj / kg e 2,015 kj / 10 gr ) con Trid = 0,7 è possibile trovare quella compresa tra 0,7 ed 1 che vale : (2810 / 4982) x 2,015 kj / gr = 1136 joul arrotondati a 1140 joul.
Individuazione del fattore di compressibilità Z sul grafico.
L'unico dispositivo su cui è necessario calcolare il valore di Z è la turbina adiabatica T3 ( le altre espansioni e compressioni hanno tutte un valore di Z tra 0,99 e 1 ). Su questa infatti confluisce il fluido con T = 91 k e pressioni tra 2,7 e 1,9 Bar. Con 91 k si ha T rid = 91 / 132,6 = 0,686 mentre con 2,3 Bar (P media tra 2,7 e 1,9) si ha P rid = 2,3 / 37,7 = 0,061. Riportando ora i due valori sul grafico si troverà un punto di incontro che da un valore di Z uguale a circa 0,94. Questo coefficiente (Z) rappresenta l'influenza dell'energia potenziale sull'energia cinetica dei gas.
Criteri di scelta per gli scambiatori di calore Sb1-Sb4
Lo scambio energetico in Sb1 per liquefare 10 grammi d'aria al secondo tra T ingresso = 210 k e T uscita liquida = 88 k vale come già calcolato 2360 joul. Questo è il valore energetico che deve essere trasmesso dall'aria in pressione all'altro fluido criogenico (pure aria) a più bassa temperatura. I volumi dei rispettivi fluidi sono esigui. Ad esempio i 10 gr d'aria che devono essere liquefatti in Sb1 corrispondono a circa : [10 gr : 1,63 (peso spec a 210 k)] : 3,8 (press) = 1,6 lt , mentre un attimo prima della liquefazione hanno volume di : [10gr : 3,85 (peso spec a 93 k)] : 3,8 (press) = 0,68 lt. Lo stesso calcolo può essere fatto per l'altro fluido del circuito interno che con 20 grammi vale 6 lt a 204 k e 2,7 lt a 88 k. I volumi degli scambiatori, affinchè i fluidi rimangano almeno per 10 secondi al loro interno, dovanno avere volumi 10 volte più grandi prima che essi possano uscire definitivamente. Quindi uno scambiatore, dovrà avere grosso modo un volume uguale a circa 60 litri. Per poter occupare meno spazio possibile ed essere sicuri che con un delta minimo di 3-7 kelvin lo scambio e la liquefazione dell'aria siano assicurati, penso sia conveniente scegliere uno scambiatore a piastre del tipo ispezionabile. I costruttori garantiscono buona funzionalità anche con differenze di temperatura di un solo kelvin. I cambiamenti di fase presenti nel circuito esterno dovrebbero tra l'altro aumentare molto il cefficiente di scambio, ridimensionandone i volumi.
Perdite di carico nell'impianto
Costruite le condotte e gli scambiatori secondo quanto già detto in merito al calcolo dei volumi, le perdite di carico diventano irrilevanti. Anche i manometri e le valvole però devono essere un pò maggiorati.
Depliant turbina, riduttori di pressione, valvole e booster
Le macchine sono tutte in acciaio austenitico, come d'altronde anche le condotte (AISI 304, 304L, 316). L'inox è necessario se si hanno fluidi criogenici. La turbina centripeta, ad esempio, ha rendimenti sempre abbastanza alti anche quando la sua grandezza è esigua con potenze che partono da qualche kw fino a alcune migliaia di kw.
Produzione di Idrogeno e scissione della CO2
Volendo, una piccola parte di elettricità può essere utilizzata per scindere la molecola CO2 e depurare l'ambiente. Ugualmente è possibile produrre Idrogeno ed ossigeno da elettrolisi per poi riutilizzarli come carburanti per autotrazione o altro.
Originalità, fattibilità ed interesse a costruire
Per concludere, evidenzio i punti principali sui quali si basa la domanda di brevetto : E' originale, in quanto non risulta in funzione (per quanto mi è stato possibile vedere sulla rete), ne in Italia ne all'estero un impianto che produca energia nel modo in cui l'idea è stata sviluppata. E' fattibile sia dal punto di vista fisico che meccanico, con prodotti all'avanguardia presenti sul mercato a prezzi accettabili. E' interessante economicamente perchè produce energia a basso prezzo e gas liquidi anche per scopi diversi da quelli strettamente necessari all'impianto stesso.
In fede Tiberio Simonetti
Rivendicazioni
1- L'impianto è caratterizzato dal fatto che prelevi energia termica a temperatura ambiente, la ceda al gas criogenico interno ( in questo caso aria, ma è possibile usare anche un' altro gas utile allo scopo) e la trasformi in energia meccanica e quindi elettrica.
2- L'impianto è caratterizzato dal fatto che depuri aria atmosferica con la "cattura" della CO2 e la depositi nel depuratore per essere scissa poi in Carbonio ed Ossigeno.
3- L'impianto è caratterizzato dal fatto che può produrre ed estrarre aria liquida (e se necessario pure altri gas liquidi) anche per scopi diversi da quelli descritti nell'impianto.
In fede : Tiberio Simonetti
Claims
1- The system is characterized by the fact that it takes thermal energy at room temperature, gives it to the internal cryogenic gas (in this case air, but it is also possible to use another gas useful for the purpose) and transform it into mechanical energy and then electricity.
2- The plant is characterized by the fact that it purifies atmospheric air with the "capture" of the CO2 and the deposits in the purifier to be then divided into Carbon and Oxygen.
3- The plant is characterized in that it can produce and extract liquid air (and if necessary also other liquid gases) also for purposes other than those described in the plant.
In faith: Tiberio SimonettiAttached Image
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Altre tabelle sulle caratteristiche fisiche dei fluidi Attached Image
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Grafico generalizzato dei gas Attached Image
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Altro disegno con evidenziati i due circuiti Attached Image
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