MÀQUINES TÈRMIQUES El motor Stirling
Motor Stirling: Història El motor Stirling deriva dels motors d’aire calient.. La primera patent per un motor d’aire com a fluid de treball és 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 construí un motor per un vaixell de 2.200 Tones amb un pistó motriu de 4,2 m de diàmtre i 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
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: Rendiment Real
Motor Stirling: Exemples
Motor Stirling: Exemples
Motor Stirling: Exemples
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 desplaçador i el pistó de treball) és mitjançant el mateix gas de treball.
Motor Stirling: Aplicacions
http://www.xtec.es/recursos/flash/galeria/naturals/maq_vapor/fgonza12pro.swf
Màquina de vapor