Motorul Stirling

1. Motorul Stirling DodanMihai Grupa 111B Anul I

2. Definitia motorului Stirling • MotorulStirlingdefineşte omaşină termicăcu aercald cu cicluînchisregenerativ. Înacest context, "cicluînchis" înseamnăcăfluidul de lucruesteîntr-un spaţiuînchisnumitsistemtermodinamic; "regenerativ" se referă la utilizareaunuischimbător de căldură intern care măreştesemnificativrandamentulpotenţial al motoruluiStirling.

3. Descriere • Înprocesul de transformare a energieitermiceînlucrumecanic, dintremaşiniletermicemotorulStirlingpoateatingecelmai mare randament. Acest tip de motor poatefuncţionapebazauneisurse de căldurăindiferent de calitateaacesteia, fie eaenergiesolară, chimicăsaunucleară. • Spredeosebire de motoarele cu ardereinternă, motoareleStirling pot fi maieconomice, maisilenţioase, maisigureînfuncţionareşi cu cerinţe de întreţineremaiscăzute. • AvantajelemotoruluiStirling au devenitvizibileîncomparaţie cu creştereacostuluienergiei, lipseiresurselorenergeticeşiproblemelorecologice cum ar fi schimbărileclimatice.

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

5. Tipuri de motoare • Alfa Stirling • Beta Stirling • Gama Stirling

6. 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

7. Beta Stirling • Un motor de tip Beta Stirling are un singurcilindruîn care suntaşezate un piston de lucruşiunul de refularemontatepeacelaşi ax. Pistonul de refulare nu estemontatetanşşi nu serveşte la extragerea de lucrumecanic din gazulce se dilatăavânddoarrolul de a vehiculagazul de lucruîntreschimbătorul de căldurăcaldşicelrece. Cândgazul de lucruesteîmpinscătrecapătulcald al cilindrului, se dilatăşiîmpingepistonul de lucru. Cândesteîmpinscătrecapătulrece, se contractăşimomentul de inerţie al motorului, de obiceimărit cu ajutorulunuivolant, împingepistonul de lucruînsensul opus, pentru a comprimagazul. Spredeosebire de tipul Alfa înacestcaz se evităproblemeletehnice legate de inelele de etanşare de la pistonulcald.

8. 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.

9. 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.

10. Avantajele motorului Stirling • Pot utilizafărămodificărioricesursă de căldură, nu numaiceleavând la bază un proces de ardere, cum esteenergiasolară, geotermală, biologicăsaunucleară. • Încazulsurseipebază de combustibilprocesul de arderepoate fi continuu (spredeosebire de motoarele cu ardereinternă), reducându-se semnificativnivelulemisiilorpoluante. • CelemaimultemotoareStirling au mecanismele de acţionareşietanşarepepartearece, astfelîncâtnecesitămaipuţinlubrifiantşi au perioade de funcţionaremaimariîntrereviziidecâtaltetipuri de maşini. • Mecanismele de acţionaresuntmai simple decât la altetipuri de maşini cu mişcarealternativă, nu suntnecesaresupapeşisistemul de arderepoate fi maisimplu.

11. 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.

12. 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

13. 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.