Què és un motor Stirling? Com funciona el motor Stirling? Com es va descobrir el motor Stirling? En quines zones s'utilitza? Com es converteix l'energia tèrmica en energia de moviment? Els detalls sobre els motors Stirling es troben al nostre article.

Què és el motor Stirling?

Un motor Stirling és una màquina que converteix l'energia generada per l'escalfament extern d'una cambra tancada en energia mecànica. També conegut com a motor d'aire calent. A mesura que l'aire escalfat s'expandeix i es comprimeix, el motor comença a moure's. Va ser inventat el 1816 pel sacerdot escocès, el reverent Robert Stirling. El motor va ser desenvolupat pel seu germà, James Stirling. En l'època dels inventors s'utilitzaven màquines de vapor i eren força perilloses. Es van proposar trobar una alternativa més fiable. El que volien era convertir l'energia tèrmica directament en energia de moviment.

Què hi ha al motor Stirling?

Pistó de potència (desplaçador): Serveix per moure el gas a la cambra tancada. Generalment s'utilitza en motors de tipus beta i alfa.
Pistó: Ajuda a convertir l'energia tèrmica en energia mecànica movent-se en els cilindres del motor.
Volant: És l'estructura a la qual s'uneixen els pistons. La tasca d'aquesta estructura és transferir l'energia mecànica generada a les parts mòbils.
Refrigerador: Ajuda a refredar el gas a la cambra tancada. Ajuda a utilitzar el motor durant períodes més llargs.
Escalfador: És la part més important del motor. S'utilitza per escalfar el gas a la cambra tancada per convertir l'energia calorífica en energia de moviment.

A més, en alguns tipus de motor, es pot utilitzar en diferents components diferents d'aquests. Això és totalment a criteri dels desenvolupadors.

Principi de funcionament del motor Stirling

Un motor Stirling funciona mitjançant l'escalfament i el refredament repetits d'una quantitat aïllada de gas de treball (generalment aire o gasos com heli, hidrogen).

El gas presenta un comportament definit per les lleis dels gasos (relatiu a la pressió, la temperatura i el volum). Quan el gas s'escalfa, perquè es troba en un espai aïllat, la seva pressió augmenta i afecta el pistó de potència, produint una carrera de potència. Quan el gas es refreda, la pressió baixa i, com a resultat, el pistó utilitza part del treball realitzat en la seva carrera de retorn per recomprimir el gas. El treball net resultant crea força sobre el cargol. El gas de treball flueix periòdicament entre els intercanviadors de calor calent i fred. El gas de treball està segellat dins dels cilindres del pistó. Per tant, aquí no hi ha gas d'escapament. A diferència d'altres tipus de motors de pistons, les vàlvules no són necessàries.

Alguns motors Stirling utilitzen un pistó divisor per moure el gas de treball cap endavant i cap enrere entre els dipòsits freds i calents. El gas de treball es mou mantenint els cilindres a diferents temperatures, gràcies a la interconnexió dels pistons de potència dels múltiples cilindres.

En els motors Stirling reals, es col·loca un regenerador entre els tancs. Aquesta calor es transfereix des del regenerador a mesura que es produeix un cicle de gas entre el costat calent i el fred. En alguns dissenys, el pistó separador és el propi regenerador. Aquest regenerador contribueix a l'eficiència del cicle de Stirling. L'estructura esmentada aquí com a regenerador és en realitat una estructura sòlida que no impedirà que hi passi una mica d'aire. Per exemple, es poden utilitzar boles d'acer per a aquest treball. A mesura que l'aire es mou entre una habitació freda i una habitació càlida, passa per aquest regenerador. Abans que l'aire calent arribi a la part freda, deixa una mica d'energia tèrmica en aquestes boles. A mesura que l'aire fred passa al costat calent, s'escalfa una mica amb l'energia tèrmica alliberada abans. En altres paraules, augmenta l'eficiència del motor preescalfant l'aire abans d'entrar a la part calenta i prerefrigerant abans d'entrar a la part freda.

Un cicle de motor Stirling ideal té la mateixa eficiència teòrica que un motor tèrmic Carnot per a les mateixes temperatures d'entrada i sortida. La seva eficiència termodinàmica és superior a la de les màquines de vapor. (o alguns motors de combustió interna i dièsel simples)

Qualsevol font de calor pot alimentar el motor Stirling. Motor de combustió externa, combustió en l'expressió sovint s'entén malament. La font de calor pot ser generada per combustió, però també pot ser energia solar, energia geotèrmica o energia nuclear. De la mateixa manera, la font freda utilitzada per crear una diferència de temperatura pot ser diferents materials per sota de la temperatura ambient. La refrigeració es pot aconseguir amb l'ús d'aigua freda o un refrigerant. No obstant això, com que la diferència de temperatura a obtenir de la font freda serà baixa, caldrà treballar amb masses més grans, i la pèrdua de potència que es produirà en el bombeig reduirà l'eficiència del cicle.Els productes de la combustió no entren en contacte. amb les parts internes del motor. La vida útil de l'oli lubricant en el motor Stirling és més llarga que en els motors de combustió interna.

Tipus de motor Stirling

Hi ha 3 tipus principals de motors Stirling. Altres tipus de motor són versions millorades de 3 motors.

Motor Stirling tipus alfa:

Consta de dos pistons, un volant, una cambra de gas tancada amb els pistons, intercanviadors de calor, un generador de calor i un volant. Té com a objectiu activar el gas en ell escalfant la zona del pistó situat a la part superior amb una font de calor. El gas escalfat comença a empènyer el pistó cap endavant i cap enrere, l'altre pistó connectat comença a moure's, de manera que el gas calent i fred es desplaça a la cambra. L'energia generada es transfereix amb l'ajuda del volant al qual estan connectats aquests dos pistons.

Motor Stirling tipus beta:

Hi ha 2 pistons al mateix eix. Aquests dos pistons estan connectats entre si. En escalfar la cambra amb el pistó a la part inferior, el gas de la cambra tancada s'escalfa i s'activa. D'aquesta manera, el pistó comença el seu moviment ascendent. L'altre pistó connectat també ajuda el gas fred a moure's a la cambra. El volant, al qual estan units els pistons, transfereix l'energia generada.

Motor Stirling de tipus gamma:

Hi ha dos pistons separats. La cambra amb el pistó més gran s'escalfa i s'activa el gas que hi ha. D'aquesta manera, els pistons connectats entre si amb el volant comencen a moure's.

Avantatges dels motors Stirling

Com que la calor s'aplica externament, podem controlar amb precisió la barreja de combustible i aire.
Com que s'utilitza una font de calor contínua per proporcionar calor, la quantitat de combustible no cremat és molt petita.
Aquest tipus de motor requereix menys manteniment i lubricació que els tipus de motor pel seu nivell de potència.
Tenen una estructura força senzilla en comparació amb els motors de combustió interna.
Poden funcionar fins i tot a baixa pressió, són més segures que les màquines de font de vapor.
La baixa pressió permet l'ús de cilindres més lleugers i duradors.

Desavantatges dels motors Stirling

El cost és elevat pel que fa a l'economia de combustible, ja que es requereix la calor necessària en el primer engegada del motor.
És bastant difícil portar el seu poder a un nivell diferent.
Alguns motors Stirling no poden arrencar ràpidament. Necessiten una calor suficient.
Generalment, el gas hidrogen s'utilitza en una cambra tancada. Tanmateix, quan les molècules d'aquest gas són força petites, és difícil mantenir-lo a la cambra. Per tant, ens enfrontem a costos addicionals.
La part més fresca ha d'absorbir prou calor. Si hi ha massa pèrdua de calor, l'eficiència del motor disminuirà.

Àrees d'aplicació de motors Stirling

Els motors Stirling s'utilitzen en motors d'aviació de baixa potència, motors marins, bombes de calor, sistemes combinats de calor i potència. Actualment, s'utilitza principalment per generar electricitat en camps de panells solars.

Què és el motor Stirling? Com funciona un motor Stirling?