Dodan Mihai Grupa 111B Anul I Motorul Stirling Dodan Mihai Grupa 111B Anul I

Definitia motorului Stirling Motorul Stirling defineşte o maşină termică cu aer cald cu ciclu închis regenerativ. În acest context, "ciclu închis" înseamnă că fluidul de lucru este într-un spaţiu închis numit sistem termodinamic; "regenerativ" se referă la utilizarea unui schimbător de căldură intern care măreşte semnificativ randamentul potenţial al motorului Stirling.

Descriere În procesul de transformare a energiei termice în lucru mecanic, dintre maşinile termice motorul Stirling poate atinge cel mai mare randament. Acest tip de motor poate funcţiona pe baza unei surse de căldură indiferent de calitatea acesteia, fie ea energie solară, chimică sau nucleară. Spre deosebire de motoarele cu ardere internă, motoarele Stirling pot fi mai economice, mai silenţioase, mai sigure în funcţionare şi cu cerinţe de întreţinere mai scăzute. Avantajele motorului Stirling au devenit vizibile în comparaţie cu creşterea costului energiei, lipsei resurselor energetice şi problemelor ecologice cum ar fi schimbările climatice.

Un ansamblu motor Stirling generator electric cu o putere nominală de 55 kW, pentru utilizare combinată ca sursă de căldură şi energie electrică.

Alfa Stirling Beta Stirling Gama Stirling Tipuri de motoare Alfa Stirling Beta Stirling Gama Stirling

Alfa Stirling Un motor de tip Alfa Stirling conţine două pistoane de lucru, unul cald şi altul rece ,situate separat în câte un cilindru. Cilindru pistonului cald este situat în interiorul schimbătorului de căldură de temperatură înaltă iar cel al pistonului rece în schimbătorul de căldură de temperatură scăzută. Acest tip de motor are o putere litrică foarte mare dar prezintă dificultăţi tehnice din cauza temperaturilor foarte mari din zona pistonului cald şi a etanşării sale

Beta Stirling Un motor de tip Beta Stirling are un singur cilindru în care sunt aşezate un piston de lucru şi unul de refulare montate pe acelaşi ax. Pistonul de refulare nu este montat etanş şi nu serveşte la extragerea de lucru mecanic din gazul ce se dilată având doar rolul de a vehicula gazul de lucru între schimbătorul de căldură cald şi cel rece. Când gazul de lucru este împins către capătul cald al cilindrului, se dilată şi împinge pistonul de lucru. Când este împins către capătul rece, se contractă şi momentul de inerţie al motorului, de obicei mărit cu ajutorul unui volant, împinge pistonul de lucru în sensul opus, pentru a comprima gazul. Spre deosebire de tipul Alfa în acest caz se evită problemele tehnice legate de inelele de etanşare de la pistonul cald.

Gama Stirling Un motor de tip Gama Stirling este un Beta Stirling la care pistonul de lucru este montat într-un cilindru separat alăturat de cilindrul de refulare, dar este conectat la acelaşi volant. Gazul din cei doi cilindri circulă liber între aceştia. Această variantă produce o rată de compresie mai mică dar este constructiv mai simplă şi adeseori este utilizat în motoare Stirling cu mai mulţi cilindri.

Alte tipuri de motoare Inginerii şi inventatorii continuă să fie preocupaţi de realizarea de noi variante constructive bazate pe ciclul Stirling. O deosebită preocupare înconjoară motorul cu piston rotativ Stirling, având ca scop transformarea puterii preluate din ciclul Stirling direct în mişcare rotativă, analog cu motorul cu piston rotativ cu combustie internă. Până în prezent nu a fost construit niciun prototip, dar există o varietate de concepte, modele, şi au fost înregistrate brevete. Un domeniu deosebit îl reprezintă motoarele Stirling "cu piston liber", între care se enumeră şi cele cu piston lichid şi cele cu diafragmă. O variantă de motor Stirling este pompa de apă cu piston lichid utilizând ciclul Stirling. Forma cea mai simplă include gazul de lucru, un lichid şi două supape unidirecţionale. Lucrul mecanic dezvoltat în acest caz este utilizat pentru pomparea lichidului.

Avantajele motorului Stirling Pot utiliza fără modificări orice sursă de căldură, nu numai cele având la bază un proces de ardere, cum este energia solară, geotermală, biologică sau nucleară. În cazul sursei pe bază de combustibil procesul de ardere poate fi continuu (spre deosebire de motoarele cu ardere internă), reducându-se semnificativ nivelul emisiilor poluante. Cele mai multe motoare Stirling au mecanismele de acţionare şi etanşare pe partea rece, astfel încât necesită mai puţin lubrifiant şi au perioade de funcţionare mai mari între revizii decât alte tipuri de maşini. Mecanismele de acţionare sunt mai simple decât la alte tipuri de maşini cu mişcare alternativă, nu sunt necesare supape şi sistemul de ardere poate fi mai simplu.

Dezavantajele motorului Stirling Dimensiuni şi costuri, costurile materialelor şi de asamblare a schimbătorului de căldură din partea caldă ajungand la 40% din cel al întregului motor Stirling. Probleme privind puterea şi cuplul motor. Un motor Stirling nu poate porni imediat, având nevoie de o perioadă de încălzire. Acest lucru este valabil pentru toate maşinile cu ardere externă, dar această perioadă poate fi totuşi mai scurtă pentru motoarele Stirling decât de exemplu la maşinile cu aburi. Gazul de lucru. Unele maşini utilizează ca gaz de lucru aer sau azot. Aceste gaze sunt din punct de vedere termodinamic mai puţin eficiente dar în schimb reduc la minim problemele legate de etanşare şi completare. Utilizarea aerului comprimat pe post de gaz de lucru, conţinând o cantitate mare de oxigen, în contact cu materiale inflamabile sau substanţe cum ar fi lubrifianţii poate duce la explozie. Pe de altă parte oxigenul poate fi înlăturat cu ajutorul unei reacţii de oxidare.

Utilizările motorului Stirling Aplicaţii de cogenerare (CHP - Combined Heat and Power) Generatoare solare de electricitate Instalaţii frigorifice Stirling - Cryocooler Pompe de căldură Energie nucleară Motoare de navă, avioane si automobile Energia geotermală Motoare pentru diferenţe mici de temperatură

Concluzii Acest motor Stirling prezintă o mare importanţă pentru satisfacerea unor necesităţi umane, mai ales că acest tip de motor poate folosi orice tip de energie, cea mai importantă si nepoluantă fiind energia solară. Cu ajutorul acestei energii, motorul ne poate fi de folos in domeniul naval, aerospaţial, dar şi terestru, acest caz ajutând la diminuarea poluării şi sporirea siguranţei persoanelor care utilizează aceste motoare deoarece cele cu ardere internă sunt mai periculoase. Motorul Stirling, deasemenea, este foarte important deoarece in cadrul industriei nucleare, acesta produce energia electrică înlocuind turbinele cu abur. Este un dispozitiv vital pentru omenire, acest lucru având ca argument drept faptul că motorul Stirling asigură furnizarea în mod eficient şi în permanenţă a căldurii.