Motor de gasoil.
Cicle dièsel

Motor endotèrmic
Caixa de canvis

Cicle Stirling

Cicle Stirling

El cicle de Stirling és un cicle termodinàmic que descriu el funcionament d'una classe d'equip (màquines generadores o operadores). El cicle descriu el motor Stirling original que va ser inventat i patentat el 1816 pel reverend Robert Stirling, ajudat substancialment pel seu germà enginyer.

El motor Stirling és un motor de combustió externa. Aquesta característica el diferencia d'altres tipus de motors com el motor otto o el motor dièsel que són motors de combustió interna. Tots dos motors funcionen segons el cicle otto i el cicle dièsel respectivament.

El cicle Stirling és reversible. Aquest cicle el que poden utilitzar generadors per obtenir energia mecànica a partir de l'aplicació de calor i d'una font de fred (una bomba de calor). També es pot utilitzar aquest cicle per obtenir energia tèrmica (calor) o fred en aplicar energia mecànica.

El cicle Stirling és un cicle tancat, és a dir, el fluid que fa que el cicle estigui permanentment contingut en l'aparell que realitza el cicle i no s'intercanvia amb l'exterior. Una característica específica del cicle original és que aquest és regeneratiu. Un cicle de bestiar regeneratiu quan utilitza un dispositiu intern particular anomenat regenerador. Un regenerador és un intercanviador-acumulador de calor que augmenta l'eficiència.

El cicle és similar a molts altres cicles, on bàsicament hi ha quatre fases:

  • Fase de compressió,
  • Fase de lliurament de calor al fluid,
  • Fase d'expansió de fluids
  • Fase d'eliminació de calor del fluid.
  • Com passa sovint en la comparació entre cicles ideals i cicles reals, el cicle real no està tan perfectament separat en fases diferents i diferents. En el cicle Stirling, les superposicions de les diferents fases són particularment cridaneres.

    Cicle de Stirling ideal

    Cicle ideal del motor Stirling El cicle ideal de Stirling consta de quatre fases termodinàmiques que actuen sobre el fluid del cicle (veure el diagrama a la dreta):

    • Del punt 1 al punt 2: expansió isotèrmica. El compartiment d'expansió s'escalfa des de l'exterior i el gas contingut té una expansió isotèrmica.
    • Del punt 2 al punt 3: transferència de gas calent a volum constant o transformació isocórica; el gas passa a través del regenerador cedint a això una part de la calor, que romandrà disponible per a una fase posterior.
    • Des del punt 3 al punt 4: compressió isotèrmica, el fluid a l'espai de compressió es refreda, la compressió s'imagina isotèrmica.
    • Del punt 4 al punt 1: transferència de calor a volum constant; el fluid flueix de tornada a través del regenerador, recuperant la calor del mateix regenerador.

    Si bé el criteri teòric és conceptualment simple, l'anàlisi termodinàmica real ha involucrat als físics durant molt de temps. La creació d'un model d'anàlisi del cicle real no ha resultat ser una tasca trivial, ja que el cicle ideal té només una semblança distant amb el real.

    El problema analític del regenerador (l'intercanviador de calor central en el cicle de Stirling) va ser jutjat com un dels nivells més complexos que es poden trobar en Enginyeria.

    Moviment de dispositius mecànics en els motors Stirling

    La majoria dels textos que tracten sobre el cicle Stirling segueixen el model molt simplificat del cicle ideal de Stirling. Aquesta forma de procedir és enganyosa atès que si calculem les àrees del cicle ideal (teòricament) apareixen de rendiments d'energia en treball molt elevat. No obstant això, això requeriria mecanismes que són impossibles de realitzar físicament.

    En realitat, cal imaginar un mecanisme pràctic que aconsegueixi obtenir alguna cosa que s'assembli al cicle ideal, utilitzant les parts mecàniques reals i habituals, com els pistons, i els mecanismes de maneta vinculats a aquests.

    L'ús de la cinemàtica relacionada amb la rotació produeix, com és comprensible, moviments de les parts de tipus sinusoïdal. El conjunt de moviments sinusoïdals, sovint amb pistons "plegats", transformen el cicle, representat per línies rectes o corbes pures. en una mena de "bean" aplanat, en què l'àrea interna (i, per tant, la feina) es redueix dràsticament.

    Algunes cinemàtiques, com l'anomenat "jou de Ross" (la biela de Ross), (un enllaç de compromís entre el cap creuada i una simple transmissió de palanca), produeixen un moviment gairebé sinusoïdal. Altres cinematismos produeixen diferents moviments, els possibles cinematismos regeixen les possibles solucions, però la majoria dels moviments possibles no sempre són compatibles amb totes les condicions de contrast d'un sistema ideal.

    Cicle Stirling invers

    D'una banda, és difícil establir una calor eficient amb clic, i extreure amb eficàcia l'energia des del sistema de polsador. D'altra banda, també és encara més difícil practicar el cicle invers. El cicle invers implica obtenir calor o fred mitjançant l'administració d'energia mecànica.

    Amb l'energia mecànica es genera una pressió a un fluid confinat. La pressió al fluid implica una compressió i la generació de calor. D'altra banda, l'energia mecànica subministrada pot generar una depressió al fluid, una expansió del mateix. Aquesta expansió absorbeix energia calorífica, és a dir, un refredament. Això és el que s'aconsegueix en la màquina frigorífica Stirling, obtinguda amb dispositius mecànics convencionals, amb (manetes i pistons), o amb l'ús invers del motor termo acústic, on la pulsació mecànica és proporcionada per sistemes ressonants ( motors lineals), plaques piezoelèctriques) que operen a freqüències molt més altes.

    Diagrama PV d'un cicle real

    Diagrama PV d'un cicle real de Stirling; s'indiquen quatre posicions angulars de la maneta de la màquina que executa el cicle

    Diagrama PV del cicle real d'un motor Stirling

    El cicle real es pot representar en un diagrama pressió-volum (PV) amb una corba tancada amb una forma; aquesta corba representa, amb diferents valors de pressió i temperatura, la majoria dels cicles reals de Stirling.

    valoración: 3 - votos 1

    Última revisió: 22 de març de 2018