Menu

Motor de gasoil.
Cicle dièsel

Aplicacions del motor Stirling

Aplicacions del motor Stirling

Les aplicacions del motor Stirling es poden dividir en tres categories principals:

  • Propulsió mecànica
  • Calefacció i la refrigeració
  • Sistemes de generació elèctrica

Un motor Stirling és un motor tèrmic que funciona mitjançant compressió cíclica i expansió daire o un altre gas, el fluid de treball. Durant el cicle Stirling hi ha una conversió neta de calor a treball mecànic. El motor tèrmic de cicle Stirling també operar de forma inversa, usant una entrada denergia mecànica per impulsar la transferència de calor en una direcció inversa (és a dir, una bomba de calor o refrigerador).

Generació delectricitat mitjançant un motor Stirling

Energia nuclear

Hi ha un potencial per als motors Stirling de propulsió nuclear a les plantes de generació denergia elèctrica. Reemplaçar les turbines de vapor de les centrals nuclears amb motors Stirling podria simplificar la planta, produir més eficiència i reduir els subproductes radioactius.

Diversos dissenys de reactors reproductors usen sodi líquid com a refrigerant. Si la calor s'utilitzarà en una planta de vapor, es requereix un intercanviador de calor d'aigua/sodi, cosa que genera certa preocupació ja que el sodi reacciona violentament amb l'aigua. Un motor Stirling elimina la necessitat daigua en qualsevol part del cicle. Això tindria avantatges per a les instal·lacions nuclears a regions seques.

Energia solar

El motor Stirling se situa al focus d'un mirall parabòlic, un motor Stirling pot convertir l'energia solar en electricitat amb una millor eficiència que les cèl·lules fotovoltaiques no concentrades, i comparable a la fotovoltaica concentrada.

Combinat calor i potència

En un sistema combinat de calor i potència (CHP), l'energia mecànica o elèctrica es genera de la manera habitual, però la calor residual emesa pel motor s'utilitza per subministrar una aplicació de calefacció secundària. Això pot ser virtualment qualsevol cosa que faci servir calor a baixa temperatura. Sovint és un ús denergia preexistent, com la calefacció comercial despais, lescalfament daigua residencial o un procés industrial.

Les centrals tèrmiques a la xarxa elèctrica usen combustible per produir electricitat. No obstant això, hi ha grans quantitats de calor residual que sovint no es fan servir. En altres situacions, el combustible d´alta qualitat es crema a alta temperatura per a una aplicació a baixa temperatura. Dacord amb la segona llei de la termodinàmica, un motor tèrmic pot generar energia a partir daquesta diferència de temperatura.

En un sistema CHP, la calor primari d'alta temperatura ingressa a l'escalfador del motor Stirling, després part de l'energia es converteix en energia mecànica al motor i la resta passa al refredador, on surt a baixa temperatura. La calor "residual" en realitat prové del refredador principal del motor, i possiblement d'altres fonts com la fuga del cremador, si n'hi ha un.

La potència produïda pel motor es pot utilitzar per executar un procés industrial o agrícola, que alhora genera deixalles de deixalles de biomassa que es poden utilitzar com a combustible gratuït per al motor, cosa que redueix els costos d'eliminació de deixalles. El procés general pot ser eficient i rendible.

Motor Strirling per a sortida mecànica i propulsió

Analitzem diferents casos en què es fa servir el motor Stirling per obtenir un treball mecànic:

Motors automotrius

Sovint s'afirma que el motor Stirling té una relació potència/pes massa baixa, un cost massa alt i un temps d'arrencada massa llarga per a les aplicacions d'automoció. També tenen intercanviadors de calor complexos i costosos. Un refredador Stirling ha de rebutjar el doble de calor que un motor Otto o un radiador de motor dièsel.

L'escalfador ha d'estar fet d'acer inoxidable, aliatge exòtic o ceràmic per suportar altes temperatures d'escalfament necessàries per a una alta densitat de potència, i per contenir gas d'hidrogen que es fa servir sovint als automòbils Stirling per maximitzar la potència. Les dificultats principals involucrades en l'ús del motor Stirling en una aplicació automotriu són el temps d'arrencada, la resposta d'acceleració, el temps d'apagat i el pes, que no totes tenen solucions ja preparades.

Motors d'avions

Els motors Stirling poden ser teòricament prometedors com a motors d'aviació, si es pot aconseguir alta densitat de potència i baix cost. Són més silenciosos, menys contaminants, guanyen eficiència amb l'altitud a causa de temperatures ambientals més baixes, són més fiables a causa de la menor quantitat de peces i l'absència d'un sistema d'ignició, produeixen molta menys vibració (els fuselatges poden durar més temps) i usen combustibles més segurs i menys explosius.

No obstant això, el motor Stirling sovint té una baixa densitat de potència en comparació del motor Otto dús comú i la turbina de gas de cicle Brayton. Aquest problema ha estat un motiu de discòrdia als automòbils, i aquesta característica de rendiment és encara més crítica en els motors dels avions.

Vehicles elèctrics

Els motors Stirling com a part dun sistema daccionament elèctric híbrid poden evitar els desafiaments o desavantatges de disseny dun automòbil Stirling no híbrid.

El novembre del 2007, el projecte Precer a Suècia va anunciar un prototip d'automòbil híbrid amb biocombustible sòlid i un motor Stirling.

Motors marins

El motor Stirling podria ser adequat per a sistemes denergia submergits on es requereix treball elèctric o mecànic en un nivell intermitent o continu. General Motors ha dut a terme una quantitat considerable de treball en motors avançats de cicle Stirling que inclouen emmagatzematge tèrmic per a aplicacions submarines. United Stirling, a Malmo, Suècia, està desenvolupant un motor experimental de quatre cilindres que utilitza peròxid d'hidrogen com a oxidant en els sistemes d'alimentació submarina.

Motors de bomba

Els motors Stirling poden impulsar bombes per moure fluids com ara aigua, aire i gasos. Per exemple, la potència de sortida ST-5 de Stirling Technology Inc. de 5 cavalls de força (3.7 kW) que pot fer funcionar un generador de 3 kW o una bomba daigua centrífuga.

Ús del motor Stirling per a calefacció i refrigeració

Si se subministra amb potència mecànica, un motor Stirling pot funcionar a la reversa com una bomba de calor per a calefacció o refrigeració. A finals de la dècada de 1930, la Philips Corporation of the Netherlands va utilitzar amb èxit el cicle de Stirling en aplicacions criogèniques. Els experiments s'han dut a terme usant energia eòlica conduint una bomba de calor de cicle Stirling per a calefacció domèstica i aire condicionat.

Autor:

Data de publicació: 7 de maig de 2018
Última revisió: 7 de maig de 2018