Ce este un motor Stirling? Cum funcționează motorul Stirling? Cum a fost descoperit motorul Stirling? În ce zone este folosit? Cum se transformă energia termică în energie de mișcare? Detalii despre motoarele Stirling sunt în articolul nostru.

Ce este motorul Stirling?

Un motor Stirling este o mașină care transformă energia generată de încălzirea externă a unei camere închise în energie mecanică. Cunoscut și ca motor cu aer cald. Pe măsură ce aerul încălzit se extinde și se comprimă, motorul începe să se miște. A fost inventat în 1816 de către preotul scoțian, reverentul Robert Stirling. Motorul a fost dezvoltat de fratele său, James Stirling. Pe vremea inventatorilor se foloseau mașini alimentate cu abur și erau destul de periculoase. Ei și-au propus să găsească o alternativă mai de încredere. Ceea ce doreau a fost să transforme energia termică direct în energie de mișcare.

Ce este în motorul Stirling?

Piston de putere (deplasator): Acesta servește la deplasarea gazului în camera închisă. Este folosit în general în motoarele de tip beta și alfa.
piston: Ajută la transformarea energiei termice în energie mecanică prin mișcarea în cilindrii motorului.
Volant: Este structura de care sunt atașate pistoanele. Sarcina acestei structuri este de a transfera energia mecanică generată către piesele mobile.
Răcitor: Ajută la răcirea gazului în camera închisă. Ajută motorul să fie folosit pe perioade mai lungi.
Încălzitor: Este cea mai importantă parte a motorului. Este folosit pentru a încălzi gazul din camera închisă pentru a transforma energia termică în energie de mișcare.

În plus, la unele tipuri de motoare, acesta poate fi utilizat în diferite componente, altele decât acestea. Acest lucru este în întregime la discreția dezvoltatorilor.

Principiul de funcționare al motorului Stirling

Un motor Stirling funcționează prin încălzirea și răcirea repetată a unei cantități izolate de gaz de lucru (de obicei aer sau gaze precum heliu, hidrogen).

Gazul prezintă un comportament definit de legile gazelor (relativ la presiune, temperatură și volum). Când gazul este încălzit, deoarece se află într-un spațiu izolat, presiunea acestuia crește și afectează pistonul de putere, producând o cursă de putere. Când gazul este răcit, presiunea scade și, ca urmare, pistonul folosește o parte din munca efectuată pe cursa de întoarcere pentru a recomprima gazul. Lucrul net rezultat creează forță asupra axului. Gazul de lucru curge periodic între schimbătorul de căldură cald și rece. Gazul de lucru este etanșat în cilindrii pistonului. Deci nu există gaze de eșapament aici. Spre deosebire de alte tipuri de motoare cu piston, supapele nu sunt necesare.

Unele motoare Stirling folosesc un piston separator pentru a muta gazul de lucru înainte și înapoi între rezervoarele reci și calde. Gazul de lucru se deplasează prin menținerea cilindrilor la diferite temperaturi, datorită interconexiunii pistoanelor de putere ale mai multor cilindri.

La motoarele Stirling reale, un regenerator este plasat între rezervoare. Această căldură este transferată de la regenerator pe măsură ce ciclul gazului are loc între partea caldă și cea rece. În unele modele, pistonul separator este regeneratorul însuși. Acest regenerator contribuie la eficiența ciclului Stirling. Structura menționată aici ca regenerator este de fapt o structură solidă care nu va împiedica trecerea unui oarecare aer prin ea. De exemplu, bile de oțel pot fi folosite pentru această lucrare. Pe măsură ce aerul se mișcă între o cameră rece și o cameră caldă, trece prin acest regenerator. Înainte ca aerul cald să ajungă în partea rece, lasă ceva energie termică pe aceste bile. Pe măsură ce aerul rece trece în partea fierbinte, se încălzește puțin cu energia termică eliberată înainte. Cu alte cuvinte, crește randamentul motorului prin preîncălzirea aerului înainte de a intra în partea fierbinte și prerăcirea înainte de a intra în partea rece.

Un ciclu ideal de motor Stirling are aceeași eficiență teoretică ca un motor termic Carnot pentru aceleași temperaturi la intrare și la ieșire. Eficiența sa termodinamică este mai mare decât motoarele cu abur. (sau niște motoare simple cu ardere internă și diesel)

Orice sursă de căldură poate alimenta motorul Stirling. Motor cu ardere externă, arderea în expresie este adesea înțeleasă greșit. Sursa de căldură poate fi generată prin ardere, dar poate fi și energie solară, energie geotermală sau energie nucleară. De asemenea, sursa rece folosită pentru a crea o diferență de temperatură poate fi diferite materiale sub temperatura ambiantă. Răcirea poate fi realizată folosind apă rece sau agent frigorific. Totuși, deoarece diferența de temperatură care se va obține de la sursa rece va fi scăzută, va fi nevoie de lucru cu mase mai mari, iar pierderea de putere care se va produce în pompare va reduce eficiența ciclului.Produșii de ardere nu intră în contact. cu piesele interne ale motorului. Durata de viață a uleiului de lubrifiere la motorul Stirling este mai lungă decât la motoarele cu ardere internă.

Tipuri de motoare Stirling

Există 3 tipuri principale de motoare Stirling. Alte tipuri de motoare sunt versiuni îmbunătățite ale 3 motoare.

Motor Stirling de tip Alpha:

Este format din două pistoane, un volant, o cameră de gaz închisă cu pistoane, schimbătoare de căldură, un generator de căldură și un volant. Are scopul de a activa gazul din acesta prin încălzirea zonei pistonului plasat în partea de sus cu o sursă de căldură. Gazul încălzit începe să împingă pistonul înainte și înapoi, celălalt piston conectat începe să se miște, astfel încât gazul cald și rece să fie deplasat în cameră. Energia generată este transferată cu ajutorul volantului la care sunt conectate aceste două pistoane.

Motor Stirling de tip beta:

Sunt 2 pistoane pe acelasi arbore. Aceste două pistoane sunt conectate unul la altul. Prin încălzirea camerei cu pistonul în partea de jos, gazul din camera închisă este încălzit și activat. În acest fel, pistonul își începe mișcarea în sus. Celălalt piston conectat ajută și gazul rece să se deplaseze în cameră. Volanul, de care sunt atașate pistoanele, transferă energia generată.

Motor Stirling de tip Gamma:

Există două pistoane separate. Camera cu pistonul mai mare este încălzită și gazul din ea este activat. În acest fel, pistoanele legate între ele cu volanta încep să se miște.

Avantajele motoarelor Stirling

Deoarece căldura este aplicată extern, putem controla cu precizie amestecul de combustibil și aer.
Deoarece o sursă de căldură continuă este folosită pentru a furniza căldură, cantitatea de combustibil nears este foarte mică.
Acest tip de motor necesită mai puțină întreținere și lubrifiere decât tipurile de motoare la nivelul lor de putere.
Sunt destul de simple ca structură în comparație cu motoarele cu ardere internă.
Pot funcționa chiar și la presiune scăzută, sunt mai sigure decât mașinile cu sursă de abur.
Presiunea scăzută permite utilizarea unor cilindri mai ușori și mai durabili.

Dezavantajele motoarelor Stirling

Costul este mare în ceea ce privește economia de combustibil, deoarece căldura necesară este necesară la prima pornire a motorului.
Este destul de dificil să-și ducă puterea la un alt nivel.
Unele motoare Stirling nu pot porni rapid. Au nevoie de suficientă căldură.
În general, hidrogenul gazos este utilizat într-o cameră închisă. Cu toate acestea, atunci când moleculele acestui gaz sunt destul de mici, este dificil să-l păstrați în cameră. Prin urmare, ne confruntăm cu costuri suplimentare.
Partea rece trebuie să absoarbă suficientă căldură. Dacă există prea multă pierdere de căldură, randamentul motorului va scădea.

Domenii de aplicare a motoarelor Stirling

Motoarele Stirling sunt utilizate în motoarele de aviație de putere mică, motoare marine, pompe de căldură, sisteme combinate de căldură și energie. Astăzi, este folosit mai ales pentru a genera energie electrică în câmpurile de panouri solare.

Ce este motorul Stirling? Cum funcționează un motor Stirling?