IL MOTORE STIRLING

1. Tesina di specializzazione corso PAS Lab.Tecnologico di Meccanica C 320 Silvano Betonica Recanati, 10/07/2014 IL MOTORE STIRLING

2. Storia, funzionamento, e applicazioni di un motore nato due secoli fa. IL MOTORE STIRLING www.youtube.com/watch?v=Ov7ixbyu6CI

3. Il motore Stirling fu ideato dal Rev.RobertStirling. Egli fu il primo a realizzare questo particolare motore che vide la luce nel 1816. . Cenni storici

4. Si tratta di un motore a combustione esterna Il fluido rimane sempre racchiuso all’interno del cilindro . Cenni storici

5. Fig.01 Questo è l’esemplare della macchina che Stirling brevettò nel 1816. La macchina di Stirling

6. Il motore Stirling è un motore a combustione esterna(necessita di una fonte di calore per funzionare). Esiste in diverse configurazioni. Noi ne prenderemo in esame solo alcune. Quella che vediamo qui a lato è la configurazione Alfa Come funziona

7. IL FUNZIONAMENTO In questa configurazione vediamo che il suo principio di funzionamento è estremamente semplice: una massa costante di gas è contenuta all’interno dei cilindri, la quale riscaldandosi si espande e raffreddandosi si contrae spingendo il pistone di forza alternativamente verso l’alto o verso il basso.

8. 1)Spinta ilpistone in basso spingel'aria verso ilpistone in alto, chequindisisposta, lasciandoentrarel'aria Come funziona

9. 2)Riscaldamento L'ariasiscalda, siespande,equindi "torna" indietro verso ilpistone in basso, chequindisisposta verso l’alto. Come funziona

10. 3)Espansione lo spostamento del pistone in basso faarrivarel'ariacalda a contattocoldissipatoredicalore, chequindisiraffredda, e diconseguenzasicontrae, facendospostare verso destrailpistone in alto Come funziona

11. 4)Raffreddamento lo spostamento verso destra del pistone in alto, aiutatodall'inerziaaccumulatadalvolano, fasìcheilperno, continuando a girare, facciaabbassareilpistoneinferiore, spingendodinuovol'aria verso ilpistone in alto, e ilcicloricomincia. Come funziona

12. Passiamo ora dare un occhiata alla configurazione Beta L’originale

13. Consideriamo un sistemacilindro + pistone. La testata del cilindro è collegata ad una camera dotatadiuna "paretecalda" mentreilcorpo del cilindro ad una "paretefredda". All'internodella camera è collocatoil "dislocatore", che è costituitoda un materialeisolante, non a tenuta, in gradodi "coprire" alternativamente la paretecalda e la paretefredda. L’originale

14. L’ultima configurazione che prendiamo in esame sarà il “ Free-piston “ Esegue solo il movimento lineare alternativo . Free-piston

15. La sua applicazione principale è la produzione di energia elettrica tramite l’inserimento di un generatore elettrico lineare Free-piston

16. Non dovendo più convertire un moto lineare in rotatorio ,il rendimento della macchina aumenta considerevolmente,per cui se non nel termodinamico,potremmo avere dei grandi sviluppi nella micro coogenerazione .In Germania si recupera energia termica dai camini degli impianti valorizzatori e di teleriscaldamento con motori Stirling da decenni.Speriamo che con il Free-piston di incominciare ad utilizzarli anche da noi. http://www.youtube.com/watch?v=rzhzeA4VRSc Free-piston

17. La versatilità dello Stirling la ritroviamo nel suo utilizzo per produrre energia elettrica derivata dell’energia solare. Il sistema termodinamico prevede l’utilizzo di paraboloidi riflettenti detti Dish.Posizionando lo Stirling nel fuoco di queste parabole la concentrazione dei raggi solari scaldano il cilindro del motore che girando produce energia elettrica. Il sistema combinato prende il nome di Dish-Stirling www.youtube.com/watch?v=rzhzeA4VRSc Termodinamico solare

18. Il suo impiego più promettente è nella coogenerazione,in quanto permette di recuperare il calore altrimenti perso dalle canne fumarie degli impianti di riscaldamento,elevando così notevolmente il rendimento dello stesso http://www.saluggia.enea.it/Utts/atti/enea_wks_3lug12_palmieri_cisa.pdf

19. Il ciclo Stirling ideale consiste in quattro fasi termodinamiche che agiscono sul fluido di ciclo (vedi diagramma a destra): Dal punto 1 al punto 2: espansione isoterma. Il vano di espansione è riscaldato dall'esterno ed il gas contenuto ha un'espansione isoterma. Dal punto 2 a punto 3: trasferimento del gas caldo a volume costante, o trasformazione isocora; il gas passa attraverso il rigeneratore cedendo a questo una parte del calore, che resterà disponibile per una successiva fase. Dal punto 3 a punto 4: compressione isoterma, il fluido nello spazio di compressione è raffreddato, la compressione si immagina isoterma. Dal punto 4 a punto 1: trasferimento del calore a volume costante (trasformazione isocora); il fluido scorre indietro attraverso il rigeneratore, recuperando il calore dal rigeneratore stesso. Come funziona

20. La macchina di Stirling può essere agevolmente fatta funzionare quale utilizzatrice di lavoro meccanico, ovvero come una macchina operatrice. Con essa è possibile realizzare, infatti, una macchina frigorifera o criogenica, una pompa di calore od un compressore. Alla fine degli anni ’40 la Philips di Eindhoven iniziò la commercializzazione della macchina Stirling frigorifera per impieghi industriali, in particolare per la liquefazione dell’aria. Il ciclo frigorigeno permetteva infatti di costruire macchine in grado di ottenere temperature inferiori persino ai 12 K. Macchina operatrice

21. Allo scopo di raggiungere una riduzione dei consumi energetici,un miglioramento dell’efficienza nei processi di produzione di energia elettrica e calore e un aumento dell’ utilizzo di fonti rinnovabili come l’energia solare o le bio-masse,il motore di Stirling può ricoprire e ricoprirà senz’altro un ruolo di primo piano Considerazioni finali