En la familia de los motores de calor “motor de Stirling del ” define un motor regenerador del aire caliente del cerrado-ciclo. En este contexto; " air" caliente; puede ser tomado para incluir otros gases permanentes, " cerrado-cycle" para significar el fluido operante se contiene permanentemente dentro del sistema, y del " regenerative" para referir al uso de un cambiador de calor interno - el regenerador .

Fondo

En la conversión del calor en el trabajo mecánico, el motor de Stirling tiene el potencial para alcanzar la eficacia más alta de cualquier motor de calor verdadero, teóricamente para arriba a la eficacia completa de Carnot, aunque esto es limitada en la práctica por las características no-ideales de los materiales de trabajo del gas y del motor, tales como fricción, conductividad termal, fuerza extensible, arrastramiento, punto de fusión, etc. Clasificado sin embargo tradicionalmente como motor de combustión externa el motor de Stirling puede funcionar en cualquier fuente de calor, incluyendo solar, químico y nuclear. Hay muchas puestas en práctica posibles del motor de Stirling más cuyo caída en la categoría de que intercambia el motor de pistón .

En contraste con los motores de combustión interna, los motores de Stirling tienen el potencial para ser más económicos de energía, más reservados, y más confiables con requisitos de mantenimiento más bajos. Son preferred para ciertos usos del lugar que valoren estas ventajas únicas, particularmente en caso de que el objetivo primario es el no para reducir al mínimo el coste unitario capital la energía (kilovatio del $), pero reducir al mínimo algo el coste unitario la energía generada por el motor ( KVH del $). Comparado a un motor de combustión interna de un grado de energía dado, los motores de Stirling tienen un coste de capital de un más alto y son actual generalmente más grandes y más pesados; por lo tanto, la tecnología del motor es raramente competitiva sobre esta base solamente. Para algunos usos, sin embargo, un análisis de costes y beneficios apropiado puede favorecer un motor de Stirling sobre un motor de combustión interna.

Estos últimos años, las ventajas de los motores de Stirling han llegado a ser cada vez más significativas, dado la subida general de costes energéticos, las escaseces de energía y las preocupaciones ambientales tales como cambio de clima . Estos intereses growing en la tecnología de Stirling han fomentado la investigación y desarrollo en curso de los dispositivos de Stirling. Los usos incluyen la astronáutica espacial del bombeo de agua, y la generación eléctrica de las fuentes de energía abundantes que son incompatibles con el motor de combustión interna, tal como energía solar, basura agrícola y basura doméstica.

Otra característica útil del motor de Stirling es que el ciclo es reversible. Cuál significa que si está suministrado energía mecánica, puede funcionar como una pompa de calor . Los experimentos se han realizado usar las energías eólicas que conducían una pompa de calor del ciclo de Stirling para la calefacción doméstica y el aire acondicionado. En los últimos años 30, Philips Corporation de los Países Bajos utilizó con éxito el ciclo de Stirling en usos criogénicos.

Historia

El motor de aire de Stirling (como se refiere en libros de texto tempranos - ver la historia del motor del aire caliente) fue inventado por el Dr. reverendo Roberto Stirling y patentado por él en el 1816 . Cuando el nombre se simplificó al motor de Stirling no se sabe, sino puede ser tan recientemente como el mediados de vigésimo siglo en que la compañía de Philips comenzó a experimentar con los fluidos operantes con excepción del aire - el libro de instrucción para su MP1002CA (véase abajo) todavía le refiere como “motor de aire”. El tema principal de esa patente original era un cambiador de calor a que Stirling llamó el " economiser" para su realce de la economía del combustible en una variedad de usos. La patente también describió detalladamente el empleo de una forma del ahorrador en un motor de aire, en cuyo uso ahora se conoce comúnmente como regenerador . Un motor construido por Stirling fue puesto para trabajar el agua de bombeo en una mina en el 1818 . El desarrollo subsecuente de Roberto Stirling y su hermano James, ingeniero, dio lugar a las patentes para las varias configuraciones mejoradas del motor original, incluyendo la presurización que en el 1845 suficientemente había aumentado la salida de energía para él a con éxito conduce toda la maquinaria en una fundición de hierro de Dundee. Así como el combustible conservador, los inventores intentaron crear una alternativa más segura a los motores de vapor del tiempo cuyas calderas estalló con frecuencia con consecuencias calamitosas, a menudo incluyendo víctimas mortales. Sin embargo, la necesidad del motor de Stirling de funcionar en un muy de alta temperatura para maximizar energía y eficacia expuso limitaciones en los materiales del día y los pocos motores que fueron construidos en esos años tenían vidas algo cortas y molestas. Particularmente, las faltas del “final caliente” ocurrieron más con frecuencia que podría ser tolerado, no obstante con resultados lejos menos desastrosos que una explosión de la caldera de vapor. Aunque falló en última instancia como competidor al motor de vapor en el campo de los motores de la escala industrial, durante los 3ultimos motores más pequeños de los diecinueveavo y temprano vigésimos siglos del tipo de Stirling/del aire caliente (el límite entre los dos se empaña a menudo como en muchos el regenerador está de eficacia dudosa o se omite en conjunto) fueron producidos en los grandes números, encontrando usos dondequiera que una fuente fiable de punto bajo a la energía media fuera requerida, lo más comúnmente posible quizás para levantar el agua. Éstos funcionaron generalmente en temperaturas más bajas para no gravar los materiales disponibles y tendieron así a ser algo ineficaces, su factor de venta importante que era ése en contraste con un motor de vapor, ellos se podían funcionar con seguridad por cualquiera capaz de manejar el fuego en una gama doméstica. Mientras que el siglo usó encendido, este papel fue usurpado eventual por el motor eléctrico y los motores de combustión interna del pequeño y por los últimos años 30 que el motor de Stirling era una curiosidad científica en gran parte olvidada representaron solamente por los juguetes y algunos pequeños ventiladores de ventilación.

En este Philips, el grande el fabricante eléctrico y electrónico de holandés del tiempo, intentaba ampliar el mercado para sus sistemas de radio en áreas donde estaba desconocida la electricidad de las cañerías y la fuente de baterías de breve duración inciertas. Gerencia de Philips la' decidía a que cuál era necesario era un generador portable bajo-accionado y encargado un grupo de ingenieros en el laboratorio de investigación de la compañía (el nacional. Laboratorio) en el Eindhoven para investigar los sentidos prácticos. Repasando los varios motores viejos y nuevos, cada uno fue rechazada por una razón u otra hasta que el motor de Stirling fuera considerado. Intrínsecamente silenciosamente y capaz del funcionamiento de cualquier fuente de calor (el aceite común de la lámpara “barato y disponible por todas partes” fue favorecido), parecía ofrecer posibilidades verdaderas. Animado por su primer motor experimental, que produjo de 16 vatios una energía del eje de un alesaje y de un movimiento de 30x25m m, un programa de desarrollo fue fijado en el movimiento.

Notable, este trabajo continuo a través de la Segunda Guerra Mundial y por los últimos años 40 tenían un motor - el tipo 10 - que fue desarrollado suficientemente para ser entregado a Philips' Juan subsidiario de Witt en Dordrecht para ser `productionised' e incorporado en un sistema de generador según lo previsto original. El sistema progresó en tres prototipos (102A, B, y C), con la versión de la producción, clasificada en 200 vatios de salida eléctrica de un alesaje y de un movimiento de 55x27m m, siendo señalado MP1002CA (sabido cariñosamente como la “casa de planta baja fijada "). La producción de una hornada inicial comenzó en el 1951, pero se ponía de manifiesto que no podrían ser hechos en un precio que el mercado apoyaría, además de el cual el advenimiento de las radios del transistor con sus requisitos de una energía mucho más baja significó que el d'être entero de Raison para el sistema era desaparición rápida. Aunque el MP1002CA pudo haber sido un callejón sin salida, representa el comienzo de la edad moderna del desarrollo del motor de Stirling.

Philips se encendió desarrollar el motor de Stirling para una gran variedad de usos incluyendo los vehículos, pero alcanzó solamente nunca cualquier éxito comercial con el cryocooler “del motor invertido de Stirling”. Sin embargo sacaron una gran cantidad de patentes y amontonaron una abundancia de la información referentes a la tecnología del motor de Stirling, que fue autorizada más adelante a otras compañías. También fue empleada en revés como pompa de calor para producir la refrigeración temprana .

Descripción funcional

El ciclo del motor

Puesto que el motor de Stirling es un ciclo cerrado, contiene una masa fija del gas llamada el " fluid" de trabajo;, lo más comúnmente posible aire, hidrógeno o helio . En la operación normal, se sella el motor y ningún gas entra en o sale del motor. No se requiere ningunas válvulas, desemejante de otros tipos de motores de pistón. El motor de Stirling, como la mayoría de los calor-motores, ciclos con cuatro procesos principales: enfriamiento, compresión, calefacción y extensión. Esto es lograda moviendo el gas hacia adelante y hacia atrás entre los cambiadores de calor calientes y fríos . El cambiador de calor caliente está en el contacto termal con una fuente de calor externa, e. una hornilla de combustible, y el cambiador de calor frío que está en el contacto termal con un disipador de calor externo, e. Un cambio en temperatura del gas causará un cambio correspondiente en la presión de gas, mientras que el movimiento del pistón hace el gas alternativamente ser ampliado y ser comprimido.

El gas sigue el comportamiento descrito por las leyes del gas que describen cómo la presión de un gas, la temperatura y el volumen son relacionados. Cuando el gas es heated, porque está en un compartimiento sellado, las subidas y ésta de la presión entonces actúa en el pistón de la energía para producir un movimiento de energía. Cuando el gas se refresca las gotas de presión y éste significa que menos trabajo necesita ser hecho por el pistón para comprimir el gas en el movimiento de vuelta, así rindiendo una salida de energía neta.

Cuando un lado del pistón está abierto a la atmósfera, la operación es levemente diferente. Mientras que el volumen sellado de gas del funcionamiento entra en contacto con el lado caliente, se amplía, haciendo el trabajo sobre el pistón y sobre la atmósfera. Cuando el gas de trabajo entra en contacto con el lado frío, la atmósfera trabaja en el gas y el " compresses" él. La presión atmosférica, que es mayor que el gas de trabajo refrescado, empuja en el pistón.

Para resumir, las aplicaciones del motor de Stirling la diferencia de la temperatura entre su extremo caliente y el extremo frío de establecer un ciclo de una masa fija del gas que se amplía y que contrata dentro del motor, así convirtiendo energía termal en energía mecánica. Cuanto mayor es la diferencia entre las fuentes calientes y frías, mayor es de la temperatura la eficacia potencial del ciclo de Carnot.

Los pequeños motores de la demostración se han construido que funcionarán en una diferencia de la temperatura de tan poco como el °C 7, e. entre la palma de una mano y el aire circundante, o entre la temperatura ambiente y el hielo de fusión del agua.

Presurización

Se presurizan la mayoría de los motores de Stirling del alto rendimiento, eso son la presión mala del fluido operante están sobre la presión atmosférica. Esto aumenta la masa del fluido operante procesada por ciclo, así, en igualdad de circunstancias, el motor produce más energía. Desafortunadamente el resto de las cosas son raramente iguales, y explotar el potencial de exhangers más grandes del calor de la presurización (regenerador incluyendo) se requieren. Esto aumenta inevitable el espacio muerto y provee de gas posiblemente resistencia del flujo, que tiende a reducir salida de energía. Como la mayoría de los aspectos del diseño del motor de Stirling, la optimización de este aspecto es un ejercicio de equilibrio delicado entre los requisitos a menudo en conflicto. Experimentaba con la presurización que llevó inicialmente Philips a moverse desde el aire atmosférico a otros gases para el fluido operante. En las temperaturas altas y las presiones, el oxígeno en aire tendió a combinar con cualquier aceite lubricante que hiciera su manera más allá de los sellos del pistón, dando problemas con la obstrucción de los cambiadores de calor o aún de la posibilidad de una explosión. Fue encontrado más adelante que algunos gases, particularmente hidrógeno y helio, ofrecieron otras ventajas sobre el aire.

El ciclo de Stirling el del de

para una descripción detallada considera la sección de la termodinámica del ciclo de Stirling debajo de Haber idealizado o el " book" del texto; El ciclo de Stirling es un ciclo termodinámico con dos el Isochores (volumen constante) y dos isotermas (temperatura constante). Es el ciclo termodinámico más eficiente capaz de la puesta en práctica en un motor - su eficacia teórica que iguala el del ciclo hipotético de Carnot. Las ediciones al menos técnicas limitan su eficacia cuando son aplicadas - por ejemplo un mecanismo más simple se puede favorecer sobre lograr cierra ajuste al ciclo teórico.

El regenerador

En un motor de Stirling, el regenerador es un cambiador de calor interno y el almacén temporal colocado entre el caliente y el frío espacia tales que el fluido operante pasa a través de él primero en una dirección entonces la otra. Su función es conservar dentro del sistema que calienta que sería intercambiada de otra manera por el ambiente en las temperaturas intermedias a las temperaturas del ciclo del máximo y del mínimo, así permitiendo a la eficacia termal del ciclo acercarse a la eficacia limitadora de Carnot definió por esos máximos y mínimos.

El efecto primario de la regeneración en un motor de Stirling es aumentar grandemente la eficacia termal “reciclando” interno el calor que pasaría de otra manera a través irreversible del motor. Como efecto secundario, la eficacia termal creciente promete una salida de una energía más alta de un sistema dado de cambiadores de calor calientes y fríos del final (puesto que es éstas qué generalmente límite el rendimiento de procesamiento del calor del motor), aunque, esta energía adicional no puede ser observada en la práctica completamente mientras que el espacio muerto adicional y la pérdida de bombeo inherentes en regeneradores prácticos tiende a tener el efecto opuesto.

Un regenerador es difícil de diseñar. El regenerador ideal sería: un aislador perfecto en una dirección, un conductor perfecto en otra, no tiene ningún volumen interno con todo área infinita del flujo y superficie infinita. Como con los cambiadores calientes y fríos, la realización de un regenerador acertado es un ejercicio de equilibrio delicado entre el alto traspaso térmico con pérdidas de bombeo viscosas bajo y el espacio muerto bajo. Estos conflictos inherentes del diseño son uno de muchos factores que limiten la eficacia de motores stirling prácticos. Una encarnación típica pudo consistir en un apilado de los acoplamientos finos del alambre del metal con la porosidad baja para reducir el espacio muerto (sino mirar esas pérdidas de bombeo!), y con el perpendicular de las hachas del alambre al flujo del gas para reducir la conducción en esa dirección.

El regenerador es la característica dominante inventada por el Roberto Stirling y su presencia o se debe utilizar de otra manera para distinguir un motor verdadero de Stirling de otros motores del aire caliente del ciclo cerrado

Muchos motores que no tienen ningún regenerador evidente se pueden todavía con una cierta justificación llamar los motores de Stirling como, en las configuraciones beta y gammas simples con un displacer “suelto”, las superficies del displacer y su cilindro cíclico intercambiarán calor por el fluido operante que proporciona un cierto efecto regenerador. Esto se ve lo más a menudo posible en pequeño modelo y los tipos del LTD donde las pérdidas adicionales del flujo y el espacio muerto asociados a un regenerador separado podrían probar realmente contraproducente y el acercamiento de “ningún regenerador” está probablemente cerca de óptimo.

También ver: Ahorrador

Configuraciones del motor

Los ingenieros clasifican los motores de Stirling en tres tipos distintos. El tipo alfa motor confía en la interconexión de los pistones de la energía de cilindros múltiples para mover el gas de trabajo, con los cilindros sostenidos en diversas temperaturas. El tipo beta y gamma motores de Stirling utiliza un pistón del displacer para mover el gas de trabajo hacia adelante y hacia atrás entre los cambiadores de calor calientes y fríos en el mismo cilindro.

Stirling alfa

Un Stirling alfa contiene dos pistones separados de la energía en los cilindros separados, un " hot" pistón y un " cold" pistón. El cilindro caliente del pistón se sitúa dentro del cambiador de calor más alto de la temperatura y el cilindro frío del pistón se sitúa dentro del cambiador de calor de la baja temperatura. Este tipo de motor tiene un cociente muy alto del energía-a-volumen pero tiene problemas técnicos debido generalmente a la temperatura alta del " hot" pistón y la durabilidad de sus sellos. (Véase la animación aquí)

Acción de un tipo alfa motor de Stirling

Los diagramas siguientes no demuestran un regenerador, que sería colocado en la pipa que conecta los dos cilindros. El cigüeñal también se ha omitido.

Stirling beta

Un Stirling beta tiene un solo pistón de la energía dispuesto dentro del mismo cilindro en el mismo eje que un pistón de Displacer . El pistón del displacer es un ajuste flojo y no extrae ninguna energía del gas de extensión pero solamente de los servicios de ir y el gas de trabajo del cambiador de calor caliente al cambiador de calor frío. Cuando el gas de trabajo se empuja al extremo caliente del cilindro amplía y empuja el pistón de la energía. Cuando se empuja al extremo frío del cilindro que contrata y el ímpetu de la máquina, realzado generalmente por una rueda volante, empuja el pistón de la energía la otra manera de comprimir el gas. Desemejante del tipo alfa, el tipo beta evita los problemas técnicos de sellos móviles calientes. (Véase la animación aquí)

Acción de un tipo beta motor de Stirling

Un Stirling beta tiene dos pistones dentro del mismo cilindro ambos conectados con el mismo cigüeñal. Uno de éstos es el pistón firmemente cabido de la energía y el otro un pistón libremente cabido de la dislocación.

Stirling gamma

Un Stirling gamma es simplemente un Stirling beta en el cual el pistón de la energía se monta en un cilindro separado junto al cilindro del pistón del displacer, pero todavía está conectado con la misma rueda volante. El gas en los dos cilindros puede fluir libremente entre ellos pero sigue siendo un solo cuerpo. Esta configuración produce un cociente de compresión más bajo pero es mecánicamente más simple y de uso frecuente en los motores con varios cilindros de Stirling.

Otros tipos

Los cambios a la configuración de los motores mecánicos de Stirling continúan interesando ingenieros y a inventores. Notablemente, algunos están en la búsqueda del motor rotatorio de Stirling ; la meta aquí es convertir energía del ciclo de Stirling directo en el esfuerzo de torsión, una meta similar a el que llevó al diseño del motor de combustión rotatoria . No se ha construido ningún motor práctico todavía pero se han producido un número de conceptos, de modelos y de patentes.

Hay también un campo del " del ; " de pistones libres; Stirling completa un ciclo los motores, incluyendo ésos con los pistones líquidos y ésos con los diafragmas como pistones.

Una alternativa al motor mecánico de Stirling es la bomba de Fluidyne, que utiliza el ciclo de Stirling vía un pistón hidráulico. En su forma más básica contiene un gas de trabajo, un líquido y dos válvulas de no retorno. El trabajo produjo por el Fluidyne entra el bombeo del líquido.

Un reciente desarrollo de los motores de Stirling es el motor stirling de Thermoacoustic, que parece los motores beta de Stirling pero sin el displacer.

Fuentes de calor

Virtualmente cualquie energía de voluntad de la diferencia de la temperatura un motor de Stirling. La fuente de calor se puede derivar de la combustión del combustible, por lo tanto del " del término; engine" externo de la combustión;, aunque la fuente de calor pueda también ser el solar, el geotérmico, el nuclear o aún el biológico. Asimismo un " source" frío; debajo de la temperatura ambiente puede ser utilizado como la diferencia de la temperatura (véase la economía del nitrógeno líquido). Una fuente fría puede ser el resultado de un líquido criogénico o del agua helada. En el caso donde un pequeño diferencial de la temperatura se utiliza para generar una cantidad de energía significativa, los flujos de calefacción totales grandes y los líquidos de enfriamiento se deben bombear a través de los cambiadores de calor externos, así causando las pérdidas parásitas que tienden a reducir la eficacia del ciclo.

Porque un cambiador de calor separa el gas de trabajo de la fuente de calor, una amplia gama de las fuentes de calor se puede utilizar, incluyendo cualquier combustible o calor residual de un cierto otro proceso. Puesto que los productos de la combustión no entran en contacto con las piezas móviles internas del motor, un motor de Stirling puede funcionar en el gas del terraplén que contiene los siloxanos sin la acumulación de la silicona los motores de combustión interna ese de los daños que funcionan en este combustible. La vida del aceite lubricante es más larga que para los motores de combustión interna.

El Ministerio de los E. de Energía en el centro de Washington, de investigación de la NASA Glenn en Cleveland, e Infinia Corporation de Kennewick, Washington, está desarrollando un convertidor de pistones libres de Stirling para un generador del radioisótopo de Stirling. Este dispositivo utilizaría una fuente del plutonio para suministrar calor.

Desarrollo comercial reciente

En los últimos años 40, la compañía de la electrónica de Philips en los Países Bajos buscaba para que un generador versátil de la electricidad permita la extensión mundial de ventas de sus dispositivos electrónicos en áreas sin la infraestructura confiable de la electricidad. La compañía puso un esfuerzo de investigación enorme del R&D en los motores de Stirling que construían en la investigación que había comenzado en los años 30 y que duró hasta los años 70 . El único producto comercial duradero para Philips era su motor invertido de Stirling: el cryocooler de Stirling (véase abajo).

El laboratorio nacional de Los Alamos ha desarrollado un " Calor acústico Engine" de Stirling; sin piezas móviles. Él calor de convertidos en la energía acústica intensa que (cotizada de fuente dada) " puede ser utilizado directo en refrigeradores acústicos o refrigeradores del pulso-tubo para proporcionar la refrigeración calor-conducida sin piezas móviles, o… para generar electricidad vía el alternador linear o el otro transducer" electroacústico de la energía;.

El piensa el Nordic, compañía de coche eléctrico en Noruega, está trabajando con decano Kamen del inventor en planes para instalar los motores de Stirling en la ciudad del pensamiento, un vehículo de otra manera todo-eléctrico que sea disponible en el comercio a finales de 2007, por lo menos en Europa.

Desde 1988, los astilleros de Kockums han equipado los submarinos de los motores de Stirling. Se utilizan actual en los submarinos Gotland y de las clases de Södermanland . Estos motores se funcionan con en el oxígeno diesel y líquido y se caben bajo el nombre el AIP de Stirling para la propulsión de la Aire-independiente.

Termodinámica del ciclo de Stirling

El ciclo de Stirling ideal del consiste en cuatro procesos termodinámicos que actúan en el fluido operante (véase el diagrama a la derecha):
Puntos 1 a 2, extensión isotérmica
Puntos 2 a 3, calor-retiro del Constante-Volumen ( isométrico del aka o isocoro)
Puntos 3 a 4, compresión isotérmica
Puntos 4 a 1, calor-adición del Constante-Volumen ( isométrico del aka o isocoro)

Este ciclo de Stirling ideal se conoce comúnmente como " ajustado-cycle", porque cuando están representadas gráficamente en un diagrama Pressure-Volume, las transiciones rápidas entre los procesos producen una forma con las esquinas. En un motor verdadero de Stirling, los apremios de diseño físico limitan la fuerza neta en cada elemento del motor, y limitan así la aceleración máxima (o tarifa-de-cambiar de velocidad). Así un ciclo de Stirling verdadero en un motor de Stirling requiere el movimiento relativamente liso, que es comúnmente el o cuasi-sinusoidal sinusoidal. En este caso la forma del Picovoltio-traza es cuasi-elíptica. También en un ciclo verdadero del motor, el funcionamiento del traspaso térmico de los cambiadores de calor se extiende a partir de la eficacia la 100% en un proceso isotérmico, hasta la eficacia del 0% en un proceso adibático (ninguna transferencia del calor ). Los procesos de la compresión y de extensión se pueden modelar como procesos politrópicos un del del del
del
del
\ frac {P V^n = k} {} ,
del
donde está constante, y el el k n se limita cerca:




1 \ le n \ le \ frac {c_p} {} \ le 2 del c_V.

donde está la capacidad el {c_V} del calor específico en el volumen constante (J/kgK) y el {c_p} es la capacidad de calor específico en el

de la presión constante (J/kgK)

Comparado al ciclo ideal, la eficacia de un motor verdadero es reducida por las irrevocabilidades, la fricción, y la pérdida de calor conducido del cortocircuito del, de modo que la eficacia total esté a menudo solamente sobre la mitad ( Carnot ) de la eficacia ideal. ¡

Ventajas de los motores de Stirling

Pueden funcionar directo en cualquier fuente de calor disponible, no apenas una producida por la combustión, así que pueden ser empleados para funcionar en calor de fuentes solares, geotérmicas, biológicas, nucleares o del calor residual de cualquier proceso industrial.
Un proceso continuo de la combustión se puede utilizar para suministrar calor, la mayoría de los tipos de emisiones puede ser reducido tan grandemente.
La mayoría de los tipos de motores de Stirling tienen el cojinete y los sellos en el lado fresco del motor; por lo tanto, requieren menos lubricante y último perceptiblemente más de largo entre los reacondicionamientos que otros tipos del motor de intercambio.
Los mecanismos del motor son en cierto modo más simples que otros tipos de tipos del motor de intercambio, es decir no hay válvulas necesarias, y el sistema de la hornilla de combustible puede ser relativamente simple.
Un motor de Stirling utiliza un fluido operante monofásico que mantenga una presión interna cerca de la presión del diseño, y para un sistema correctamente diseñado el riesgo de explosión es así relativamente bajo. En la comparación, un motor de vapor utiliza un gas bifásico/un fluido operante líquido, así que una válvula de descarga culpable puede causar una condición de la sobrepresión y una explosión potencialmente peligrosa.
En algunos casos, la presión de funcionamiento baja permite el uso de cilindros ligeros.
Pueden ser construidos para funcionar muy reservado y sin un suministro de aire, para el uso de la propulsión de la Aire-independiente en los submarinos o en espacio.
Comienzan fácilmente (no obstante lentamente, después de que un período del calentamiento) y funcionan más eficientemente en tiempo frío, en contraste con la combustión interna que comienza rápidamente en tiempo caliente, pero no en tiempo frío.
Un motor de Stirling usado para bombear el agua puede ser configurado de modo que el agua bombeada refresque el espacio de la compresión. Esto es, por supuesto, la más eficaz al bombear la agua fría.
Son extremadamente flexibles. Pueden ser utilizados como CHP (el calor y la energía combinados ) en el invierno y como refrigeradores en veranos.
El calor residual se cosecha relativamente fácilmente (comparado al calor residual de un motor de combustión interna) haciendo los motores de Stirling útiles para la dual-salida para calentar y los sistemas eléctricos.

Desventajas de los motores de Stirling

Ediciones del tamaño y del coste


Los diseños del motor de Stirling del

requieren a cambiadores de calor para la entrada de calor y para la salida de calor, y éstos deben contener la presión del fluido operante, donde está proporcional la presión a la salida de energía del motor. Además, el cambiador de calor del extensión-lado está a menudo en muy de alta temperatura, así que los materiales deben resistir los efectos corrosivos de la fuente de calor, y tienen arrastramiento bajo (deformación) . Estos requisitos materiales aumentan típicamente substancialmente el coste del motor. Los materiales y los costes de montaje para un cambiador de calor de alta temperatura explican típicamente el 40% del coste total del motor. (Hargraves)

todos los ciclos termodinámicos requiere los diferenciales grandes de la temperatura para la operación eficiente; sin embargo, en un motor de combustión externa, la temperatura del calentador iguala o excede siempre la temperatura de la extensión. Esto significa que los requisitos metalúrgicos para el material del calentador son muy exigentes. Esto es similar a una turbina de gas, pero está en contraste con un motor de Otto o el motor diesel, donde la temperatura de la extensión puede exceder lejos el límite metalúrgico de los materiales del motor, porque la calor-fuente de la entrada no se conduce a través del motor; los materiales del motor funcionan tan más cercano a la temperatura media del gas de trabajo.
La disipación del

l calor residual es especialmente complicada porque la temperatura del líquido refrigerador se mantiene tan baja como sea posible maximizar eficacia termal. Esto aumenta el tamaño de los radiadores, que pueden hacer el empaquetado difícil. Junto con coste de los materiales, esto tiene sido uno de los factores que limitan la adopción de los motores de Stirling como motores automotores. Sin embargo, porque la otra alta densidad de energía de los usos no se requiere, por ejemplo la propulsión de la nave, y los sistemas inmóviles de Microgeneration usar el calor y la energía combinados (CHP).

Ediciones de la energía y del esfuerzo de torsión


Los motores de Stirling del

, especialmente los que funcionen en pequeños diferenciales de la temperatura, son absolutamente grandes para la cantidad de energía que producen (es decir tienen energía específica bajo). Esto es sobre todo debido al coeficiente de transferencia de pocas calorías de la convección gaseosa que limita el flujo de calor con el cual puede ser logrado en un cambiador de calor interno a cerca de 4 - 20 (m*K). Esto hace muy desafiador para el diseñador del motor al calor de la transferencia en y fuera del gas de trabajo. El aumento del diferencial y/o de la presión de la temperatura permite que los motores de Stirling produzcan más energía, si se asume que a los cambiadores de calor se diseñan para la carga de calor creciente, y puede entregar el flujo de calor convected necesario.

que un motor de Stirling no puede comenzar inmediatamente; necesita literalmente el " " del calentamiento;. Esto es verdad de todos los motores de combustión externa, pero el tiempo de calentamiento puede ser más corto para Stirlings que para otros de este tipo tales como motores de los motores de vapor Stirling está el mejor usado como motores de la velocidad constante.
La salida de energía del

un Stirling tiende a ser constante y ajustarlo puede requerir a veces diseño cuidadoso y mecanismos adicionales. Típicamente, los cambios en salida son alcanzados variando la dislocación del motor (a menudo con uso de un arreglo del cigüeñal de la placa oscilante ), o cambiando la cantidad de fluido operante, o alterando el ángulo de fase del pistón/del displacer, o en algunos casos simplemente alterando la carga del motor. Esta característica es menos de una desventaja en la propulsión o el " eléctrica híbrida; load" bajo; generación para uso general donde está realmente deseable la salida de la potencia constante.

Ediciones de la opción del gas


viscosidad baja de s del hidrógeno la ', la conductividad termal del alto y el calor específico le hacen el gas de trabajo más eficiente, en términos de termodinámica y dinámica flúida, para utilizar en un motor de Stirling. Sin embargo, dado la alta tarifa de la difusión se asoció a este gas bajo del peso molecular, hidrógeno se escapará a través del metal sólido, así es muy difícil mantener la presión dentro del motor para cualquier longitud del tiempo sin el reemplazo del gas. Típicamente, los sistemas auxiliares necesitan ser agregados para mantener la cantidad apropiada de fluido operante. Estos sistemas pueden ser una botella del almacenaje de gas o un generador del gas. El hidrógeno se puede generar por la electrólisis del agua, o por la reacción del ácido en el metal. El hidrógeno puede también causar la fragilidad de metales. El hidrógeno es también un gas muy inflamable, mientras que el helio es el inerte.
Los motores lo más técnico posible avanzados de Stirling del

, como ésos desarrollados para los laboratorios del Gobierno de los Estados Unidos, utilizan el helio como el gas de trabajo, porque funciona cerca de la densidad de la eficacia y de energía del hidrógeno con menos de las ediciones materiales de la contención. El helio es relativamente costoso, y se debe proveer por el gas en botella. Una prueba demostró el hidrógeno para ser el 5% absolutamente (el 24% relativamente) más eficiente que el helio en el motor de GPU-3 Stirling.

algunos motores utiliza el aire o el nitrógeno como el fluido operante. Estos gases son menos termodinámico eficientes pero reducen al mínimo los problemas de la contención y de la fuente del gas. El uso del aire comprimido en contacto con los materiales inflamables o las sustancias tales como aceite lubricante, introduce un peligro de la explosión, porque el aire comprimido contiene una presión parcial del alto del oxígeno . Sin embargo, el oxígeno se puede quitar del aire con una reacción de la oxidación, o el nitrógeno en botella puede ser utilizado.

Usos

Usos de calor y de la energía combinados

El calor y la energía combinados (CHP) es una fuente económica de corriente mecánica o eléctrica, que utiliza una fuente de calor conjuntamente con un uso secundario de la calefacción, generalmente un uso de energía preexistente, tal como un proceso industrial. La fuente de calor primaria entrará en generalmente el calentador del motor de Stirling, ésa estará desde entonces generalmente en una temperatura más alta que el uso de la calefacción, y el " waste" el calor del calentador del motor suministrará el uso secundario de la calefacción. La energía producida por el motor es de uso frecuente funcionar con un proceso industrial o agrícola, que alternadamente crea la basura de la basura de la biomasa que se puede utilizar como combustible libre para el motor, así reduciendo costes de la eliminación de desechos. El proceso total es muy inventivo, así haciéndola guardapolvo eficiente y rentable.

WhisperGen, una firma de Nueva Zelandia con las oficinas en el Christchurch, ha desarrollado un " Calor combinado micro y Power" de la CA; Motor del ciclo de Stirling. Estas unidades de MicroCHP son las calderas de calefacción central de gas que venden energía nuevamente dentro de la rejilla de electricidad . WhisperGen anunció en 2004 que producían 80.000 unidades para el mercado residencial en el Reino Unido . Un ensayo de 20 unidades en Alemania comenzó en 2006.

Generación de energía solar

Colocado en el foco de un espejo parabólico un motor de Stirling puede convertir la energía solar a la electricidad con las células fotovoltaicas de un mejor que no concentrado de la eficacia, y comparable a la foto concentrada Voltaics . En el 2005 del 11 de agosto, California meridional Edison anunciado un acuerdo de comprar los motores accionados solares Stirling de los sistemas de energía de Stirling durante un período de veinte años y en la cantidad (20.000 unidades) suficiente generar 500 megavatios de electricidad. Estos sistemas, en una granja solar de 4.500 acres (19 kilómetros de ²), utilizarán los espejos para dirigir y concentrarán luz del sol sobre los motores que alternadamente los generadores de impulsión.

Cryocoolers de Stirling

Cualquier motor de Stirling también funcionará en revés como pompa de calor : es decir cuando un movimiento se aplica al eje, una diferencia de la temperatura aparece entre los depósitos. Una de sus aplicaciones modernas está en la refrigeración y la criogénica .

Los componentes mecánicos esenciales de un cryocooler de Stirling son idénticos a un motor de Stirling. El torneado del eje comprimirá el gas de trabajo que hace su temperatura levantarse. Este calor entonces será disipado empujando el gas contra un cambiador de calor. El calor entonces fluiría del gas en este cambiador de calor que sería refrescado probablemente pasando un flujo del aire o del otro líquido sobre su exterior. El torneado posterior del eje entonces ampliará el gas de trabajo. Puesto que acababa de ser refrescado la extensión reducirá su temperatura incluso más futura. El gas muy frío del now será empujado contra el otro cambiador de calor y el calor fluiría de él en el gas. El lado externo de este cambiador de calor estaría dentro de un compartimiento termal aislado tal como un refrigerador. Este ciclo sería repetido una vez para cada vuelta del eje. El calor en efecto se bombea de este compartimiento, a través del gas de trabajo del cryocooler y se descarga en el ambiente. La temperatura dentro del compartimiento caerá porque su aislamiento evita que el calor ambiente venga adentro substituir eso bombeada hacia fuera.

Como con el motor de Stirling, la eficacia es mejorada pasando el gas a través de un “regenerador” que proteja el flujo de calor entre los extremos calientes y fríos de las cámaras de gas.

El primer cryocooler del ciclo de Stirling fue desarrollado en el Philips en los años 50 y comercializado en los lugares tales como las instalaciones de producción del nitrógeno líquido . El negocio de la criogénica de Philips se desarrolló hasta que estuviera partido apagado en 1990 para formar la criogénica y la refrigeración BV de Stirling, Los Países Bajos. Esta compañía sigue siendo active en el desarrollo y la fabricación de los cryocoolers de Stirling y de los sistemas de enfriamiento criogénicos.

Una gran variedad de cryocoolers más pequeños de Stirling del tamaño es disponible en el comercio para las tareas tales como el enfriamiento de sensores.

La refrigeración de Thermoacoustic utiliza un ciclo de Stirling en un gas de trabajo que sea creado por las ondas acústicas de la alta amplitud.

Pompa de calor

Una pompa de calor de Stirling es muy similar a un cryocooler de Stirling, la diferencia principal que funciona generalmente en la temperatura ambiente y su uso principal hasta la fecha es bombear calor del exterior de un edificio al interior, así calentándolo barato.

Como con cualquie otro dispositivo de Stirling, caudales caloríficos del espacio de la extensión al espacio de la compresión; sin embargo, en contraste con el motor de Stirling, el espacio de la extensión está en una temperatura más baja que el espacio de la compresión, así que en vez de producir el trabajo, una entrada del trabajo mecánico es requerida por el sistema (para satisfacer la ley segundo de la termodinámica ). Cuando el trabajo mecánico para el heat-pump es proporcionado por un segundo motor de Stirling, después el sistema total se llama un " calor-conducido, calor-pump".

El extensión-lado del heat-pump se junta termal a la calor-fuente, que es a menudo el ambiente externo. El lado de la compresión del dispositivo de Stirling se pone en el ambiente que se calentará, por ejemplo un edificio, y el calor es " pumped" en él. Típicamente habrá que el aislamiento termal entre los dos lados tan allí será un interior de la subida de temperatura el espacio aislado.

Los Heat-pumps son en gran medida los tipos más económicos de energía de sistemas de calefacción. Los heat-pumps de Stirling también tienen a menudo un coeficiente más alto del funcionamiento que heat-pumps convencionales. Hasta la fecha, estos sistemas han considerado uso comercial limitado; sin embargo, se espera el uso de aumentar junto con la demanda de mercado para el ahorro de energía, y la adopción será acelerada probablemente por refinamientos tecnológicos.

Motores marinas

Kockums, el constructor naval sueco, había construido por lo menos 8 submarinos accionados Stirling comercialmente acertados durante los años 80. En fecha 2005 han comenzado a llevar de oxígeno comprimido con él (véase el Gotland clasificar el submarino ).

Energía atómica

Hay un potencial para los motores de propulsión nuclear de Stirling en plantas de la generación de energía eléctrica. El reemplazo de las turbinas de vapor de las centrales nuclear por los motores de Stirling pudo simplificar la planta, rendir mayor eficacia, y reducir los subproductos radiactivos. Un número de diseños del reactor generador utilizan el sodio líquido como líquido refrigerador. Si se va el calor a ser empleado en una planta del vapor, requieren a un cambiador de calor del agua/del sodio, que despierta una cierta inquietud mientras que el sodio reacciona violentamente con agua. Un motor de Stirling evita la necesidad del agua dondequiera en el ciclo.

Los laboratorios del Gobierno de los Estados Unidos han desarrollado un diseño moderno del motor de Stirling conocido como el generador del radioisótopo de Stirling para el uso en la exploración de espacio. Se diseña para generar la electricidad para las puntas de prueba de espacio profundo en las misiones que duran décadas. El motor utiliza un solo displacer para reducir piezas móviles y utiliza acústica de la alta energía para transferir energía. La fuente de calor es un lingote sólido seco del combustible nuclear y el disipador de calor es el espacio sí mismo.

Motores automotores

Se demanda a menudo que el motor de Stirling tiene demasiado bajo un cociente de la energía/peso y una hora de salida demasiado larga para los usos automotores. Ha habido por lo menos dos automóviles accionados exclusivamente por los motores de Stirling que fueron desarrollados por la NASA, así como proyectos anteriores de Ford y de las compañías americanas del motor.

Las dificultades principales implicadas al usar el motor de Stirling en un uso automotor son tiempo de lanzamiento, la respuesta de la aceleración, el tiempo de la parada, y el peso, no que tienen soluciones confeccionadas. Mucha gente cree que los sistemas de impulsión eléctricos híbridos pueden puentear todos estos reveses. En noviembre de 2007, un coche híbrido del prototipo usar combustible biológico sólido y un motor stirling fueron anunciados por el proyecto de Precer en Suecia.se (en sueco, con una hoja de especificación inglesa bajo acoplamiento del pdf).

Los vehículos de la NASA fueron diseñados por los contratistas y señalaron MOD I y MOD II. La MOD II substituyó el motor de encendido por chispa normal en 1985 ventana trasera de la celebridad de Chevrolet de 4 puertas. En 1986 el informe del diseño de la MOD II (el apéndice A) los resultados demuestra que el kilometraje de gas de la carretera fue aumentado a partir del 40 al mpg 58 y al kilometraje urbano a partir del 26 al mpg 33 sin cambio en el peso bruto del vehículo.

El tiempo de lanzamiento en el vehículo de la NASA maxed hacia fuera en 30 segundos, mientras que el vehículo de la investigación de Ford utilizó un calentador eléctrico colocado directo en la mezcla del aire caliente para conseguir el vehículo encendido en solamente algunos segundos.

Motores de aviones

Los motores de Stirling mantienen promesa teórica como motores de aviones. Son más reservados, menos contaminando, eficacia del aumento con altitud, son más confiable debido a pocas partes y a la ausencia de un sistema de ignición, producen mucho menos vibración (armaduras de avión por último más de largo) y combustibles más seguros, menos explosivos pueden ser utilizados. (véase debajo de " Discusión en porqué el motor de Stirling se puede aplicar en aviation" o " Porqué la aviación necesita el Stirling Engine" por Darryl Phillips, una serie de cuatro partes en el marzo de 1993 a las aplicaciones de marzo de 1994 Stirling trabaja a máquina el mundo)

Energía geotérmica

Algunos creen que la capacidad del motor de Stirling de convertir la energía geotérmica a la electricidad y entonces al hidrógeno bien puede llevar a cabo la llave al reemplazo de combustibles fósiles en una economía futura del hidrógeno. Esta creencia también fue fundada en la investigación conducida en los laboratorios de Los Alamos que comenzaron como una investigación seca caliente de las rocas, pero más adelante calculado el potencial de energía ilimitado cercano de la roca fundida sobre un lado de un motor de Stirling y océano riega en el otro. Aunque la fuente más factible de generación eléctrica comercial sea actual solar, las predicciones de la gama muy larga demuestran que los avances en la perforación y el desarrollo profundos de métodos al trabajo con la roca fundida podrían rendir niveles exponenciales de generación de las energías limpias para los millares de años.

Motores de diferencia de la baja temperatura

Un motor de Stirling de la diferencia de la baja temperatura (delta bajo T, o LTD) funcionará en cualquier diferencial de la baja temperatura, por ejemplo la diferencia entre la palma de una mano y temperatura ambiente o temperatura ambiente y un cubo de hielo. Se diseñan generalmente en una configuración gamma, para la simplicidad, y sin un regenerador. Son típicamente despresurizados, funcionamiento en la presión cercano-atmosférica. La energía producida es menos de un vatio, y se piensan para los propósitos de la demostración solamente. Se venden como los juguetes y modelos educativos.
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