Download
1 / 20
200 likes | 317 Views
MÀQUINES TÈRMIQUES El motor Stirling. Motor Stirling: Història. El motor Stirling deriva de ls motors d ’ aire cali ent.. La primera patent p er un motor d ’ aire com a fluid de tr eball é s de 1759 ( Henry Wood ) .
E N D
Motor Stirling: Història • El motor Stirling deriva delsmotors d’aire calient.. La primera patent per un motor d’aire com a fluid de treballés de 1759 (Henry Wood). • Inventato per Sir Robert Stirling, frare escocès, cap al 1816. Va competir amb el motor a vapor ja que era menys perillós. Perd interès després del desenvolupament del motor de combustió interna. • Al 1853 el suec Ericsson va opbtenir una sèrie de patents i construíun motor per un vaixell de 2.200 Tonesamb un pistó motriu de 4,2 m de diàmtrei una carrera de 1,8 m, obtenint al voltant de 300 CV (la meitat del previst). • Anys 60-70: s’estudia com alternativa per proveïr d’energía elèctrica a naus espacials i es comença a tindre prototips per a vehicles.
Motor Stirling: Elements • Motor Stirling antic: • A: Cilindre vertical • B: Caldera • C: Desplaçador • D: Pistó de potència • Regenerador: Anella al mig del desplaçador • E: volant d’inercia
Motor Stirling: Elements • Caldera • Sistema de refrigeració (pot ser l’exterior) • Cilindre • Volant d’inercia i sistema d’acoplament dels pistons. • Pistons: La màquina té dos pistons que es mouen sincronitzats per obtenir treball útil. Un d’ells pot incloure el regenerador (o de desplaçament), i l’altre ser el que genera la potència útil. • Regenerador: Divideix la zona freda de la calenta, permetent el pas del fluid d’una a l’altra. És un mitjà porós, normalment constituït per un conjunt de paletes de metall, o llana de filferro, amb poca conductivitat i gran capacitat calorífica. Si no existeix, també funciona el motor però amb més baix rendiment. • Fluid de treball (normalment gas): empés pels pistons d’una zona a l’altra (cicle tancat)
Motor Stirlin: funcionament Fase 1: El gas s’escalfa i fa pujar el pisto de potència b, que amb el sistema mecànic c desplaça també el regenerador a.
Motor Stirlin: funcionament Fase 2: El volant d’inercia fa baixar el pistó de desplaçament o regenerador que es travesat pel fluid calent fins la zona freda.
Motor Stirlin: funcionament Fase 3: El regenerador arriba al punt més baix i el gas es refreda. El pisto de potència comença a desplaçar-se cap abaix empenyent el gas.
Motor Stirlin: funcionament Fase 4: El desplaçador puja i es travessat pel gas fred que es empès pel pistó de potència cap a la zona calenta, i així començar el cicle de nou.
Motor Stirling: Cicle teòric • Processos 12, i 34, isotèrmics • Q’ i Q’’ calors absorbits i cedits pel regenerador. • Si Q’=Q’’, s’aconsegueix el rendiment de Carnot al ser com 2 processos adiabàtics a nivell intern.
Motor Stirling: Rendiment Real • Volum dins del regenerador no és despreciable com es suposa al cicle teòric. • El regenerador no cedeix la mateixa quantitat de calor que abans ha absorbit i per tant cal donar més calor amb la font calenta del teòric. • Quan el fluid calent travessa el regenerador, es crea un front calent de temperatures a dins que avança fins a l’extrem fred (el mateix passa en el procés contrari però el front es fred). Just en aquest moment és diu que el regenerador està “carregat” (“descarregat” seria a l’inversa). Aquests són el moments idonis per invertir el sentit de circulació del fluid. Si es fes abans el fluid no tindria temps de cedir calor o absorbir-la, i si es fes després, el fluid es trobaria de sobta amb un regenerador a més alta temperatura, que li donaria una calor massa gran de cop i augmentaria les perdues per irreversibilitats a més de dificultar que el gas tornes al estat inicial. • Irreversibilitat per quantitats de calor finites (diferències de T finites) i variacions del volum prou ràpides per fer que el gas no segueixi processos del tot isotèrmics i reversibles (perdues per viscositat del sistema). • Els processos on el fluid travessa el regenerador no són a volum constant ja que el fluid que pasas a l’altre costat rèp o cedeix calor que el fa varia de volum.
Motor Stirling • Avantatges: • Rendiment: té el potencial d’arribar al de Carnot. • Font de Calor Externa adaptable (energia nuclear, energia solar, combustibles fòssils, calor de residus, biomassa, etc). • Fluid de treball en cicle tancat i font externa redueix emissions • Desavantages: • Limitacions operatives: fluid de treball és gasós. (fluids viables: hidrogen i heli). • Potències baixes i a poca velocitat.
Motor Stirling: Aplicacions • Utilitzar l’energia solar com a font de calor per produir electricitat (Exemple: Plataforma Solar de Almería. Potència de 10 KW). • Motores Stirling petits construits a gran escala amb un disc solar amb una energia de 200 a 400 kilowats.hora al mes.Ideal per zones aïllades • Us en refrigeració: el cicle Stirling invers és excelent per aplicacions de refrigeració, de fet és una de les màquines que permet arribar a temperatures criogèniques. Exemple de motor Stirling de pistó lliure hidrogen amb font tèrmica solar. El moviment dels pistons (el desplaçadori el pistó de treball) és mitjançant el mateix gas de treball.
http://www.xtec.es/recursos/flash/galeria/naturals/maq_vapor/fgonza12pro.swfhttp://www.xtec.es/recursos/flash/galeria/naturals/maq_vapor/fgonza12pro.swf
