Motorul Stirling

În familia mașinilor termice, motorul Stirling definește o masina termica cu aer cald cu ciclu închis regenerativ, cu toate că incorect, termenul deseori este utilizat pentru a se face referire la o gamă mai largă de mașini. În acest context, "ciclu închis" înseamnă că fluidul de lucru este într-un spațiu închis numit sistem termodinamic pe când la mașinile cu "ciclu deschis" cum este motorul cu ardere internași anumite motoare cu abur, se produce un permanent schimb de fluid de lucru cu sistemul termodinamic înconjurător ca parte a ciclului termodinamic; "regenerativ" se referă la utilizarea unui schimbător de căldură intern care mărește semnificativ randamentul potențial al motorului Stirling. Există mai multe variante constructive ale motorului Stirling din care majoritatea aparțin categoriei masinilor cu piston alternativ. În mod obișnuit motorul Stirling este încadrat în categoria motoarelor cu ardere externă cu toate că sursa de energie termică poate fi nu numai arderea unui combustibil ci și energia solara sau energia nucleara. Un motor Stirling funcționează prin utilizarea unei surse de caldura externe și a unui radiator de căldură, fiecare din acestea fiind menținut în limite de temperatură prestabilite și o diferență de temperatură suficient de mare între ele.
Ciclul motorului Stirling este închis, el conține o cantitate determinată de gaz numit "fluid de lucru", de cele mai multe ori aer,hidrogen sau eliu.. La funcționare normală motorul este etanșat și cu interiorul lui nu se face schimb de gaz. Spre deosebire de alte tipuri de motoare nu sunt necesare supape. Gazul din motorul Stirling, asemănător altor mașini termice, parcurge un ciclu format din 4 transformări (timpi): încălzire, destindere, răcire și compresie. Ciclul se produce prin mișcarea gazului înainte și înapoi între schimbătoarele de căldură cald și rece. Schimbătorul de căldură cald este în contact cu o sursă de căldură externă de exemplu un arzător de combustibil, iar schimbătorul de căldură rece este în legătură cu un radiator extern de exemplu radiator cu aer. O schimbare intervenită în temperatura gazului atrage după sine modificarea presiunii, în timp ce mișcarea pistonului contribuie la compresia și destinderea alternativă a gazului.
Comportarea fluidului de lucru este conformă legilor gazelor perfecte care descriu relația dintre presiune,temperatura si volum Gazul fiind în spațiu închis, la încălzire se va produce o creștere de presiune care va acționa asupra pistonului de lucru cauzând deplasarea acestuia. La răcirea gazului presiunea scade, deci va fi nevoie de mai puțin lucru mecanic pentru comprimarea lui la deplasarea pistonului în sens invers, rezultând un excedent energie mecanică.

Avantajele motorului Stirling 1.Căldura reziduală este ușor utilizabilă (în comparație cu motorul cu ardere internă) astfel încât motoarele Stirling își găsesc întrebuințare în sistemele combinate cum ar fi WhisperGen. 2.Pot utiliza fără modificări orice sursă de căldură, nu numai cele având la bază un proces de ardere, cum este energia solară, geotermală, biologică sau nucleară. 3.În cazul sursei pe bază de combustibil procesul de ardere poate fi continuu (spre deosebire de motoarele cu ardere internă), reducându-se semnificativ nivelul emisiilor poluante. 4.Cele mai multe motoare Stirling au mecanismele de acționare și etanșare pe partea rece, astfel încât necesită mai puțin lubrifiant și au perioade de funcționare mai mari între revizii decât alte tipuri de mașini. 5.Mecanismele de acționare sunt mai simple decât la alte tipuri de mașini cu mișcare alternativă, nu sunt necesare supape și sistemul de ardere poate fi mai simplu. 6.Un motor Stirling utilizează un fluid de lucru fără modificare de stare care este sub o presiune apropiată de cea nominală, astfel că la utilizare normală nu există pericol de explozie. Față de aceasta o mașină cu aburi utilizează un fluid cu două stări, gazos/lichid, ceea ce în cazul unei supape de siguranță defecte poate avea ca rezultat apariția suprapresiunii și în final explozi 7.În unele cazuri, presiunea scăzută poate permite utilizarea de cilindri cu greutate foarte redusă. 8.Pot fi construite pentru o funcționare foarte silențioasă, fără alimentare cu aer, pentru propulsie fără consum de aer în cazul submarinelor sau în tehnica spațială. 9.Au o pornire ușoară (totuși lentă, după o perioadă de încălzire) și funcționează mai eficient pe vreme rece, în comparație cu motoarele cu ardere internă care pornesc repede pe vreme caldă și greu pe vreme rece. 10. Un motor Stirling poate fi configurat astfel ca apa pompată să fie utilizată în scopul răcirii spațiului de comprimare. Bineînțeles acest lucru este mai eficient în cazul pompării apei reci. 11.Sunt foarte flexibile. Pot funcționa ca centrale cu cogenerare (CHP - Combined Heat and Power) iarna și ca instalație frigorifică vara.