Il motore stirling

I.T.I.S. “Euganeo”

Anno scolastico 2008/2009

Il motore Stirling

Candidato: Sossella Andrea

Classe V Meccanica sez. A

_______________________________Andrea Sossella - Il Motore Stirling_______________________________

Indice

1. Introduzione ...................................................................................................................... 3

2. Principio di funzionamento ................................................................................................ 4

3. Potenza del motore con l’ausilio dell’equazione di Beale ................................................. 6

4. Rendimento ...................................................................................................................... 7

5. Un po’ di storia .................................................................................................................. 8

5.1 Vantaggi e svantaggi del motore Stirling rispetto ad altri tipi di motori termici ......................... 9

6. Applicazione: The Solar Dish Stirling .............................................................................. 10

7. The exhaust system ........................................................................................................ 12

8. The pollution / pollutants ................................................................................................. 13

9. Bibliografia ...................................................................................................................... 14

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1. Introduzione

Il motore Stirling, negli ultimi anni, ha conosciuto una lenta ripresa nell’utilizzo, specialmente nelle applicazioni atte al risparmio energetico (es. Solar Dish System). Il mio elaborato parte proprio da questo nuovo utilizzo.

All’inizio tratterò il motore Stirling singolarmente, illustrandone il principio di funzionamento, il calcolo della potenza (in modo abbastanza approssimativo, non essendo possibile un calcolo esatto) e del rendimento; continuerò con un po’ di storia per poi passare ad analizzare, sebbene in modo semplificato, il funzionamento dell’applicazione Solar Dish System. Come ultima parte tratterò del problema relativo all’inquinamento dell’aria: cause, conseguenze e soluzioni, in lingua inglese.

La curiosità su questo motore e il problema dell’inquinamento mi hanno spinto, già da inizio anno scolastico, a ricercare e studiare metodi per risolvere questi problemi, e ad essere costantemente informato attraverso gruppi di ricerca e siti web che si occupano di queste problematiche.

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2. Principio di funzionamento

Come detto in precedenza, lo Stirling è un motore a combustione esterna: queste macchine sono chiamate motori ad aria calda anche se, per la maggior parte dei motori moderni, alcuni gas (tra cui l’elio e l’idrogeno) hanno sostituito l’aria utilizzata nei “primi” motori. Questi motori sono sprovvisti di distribuzione, valvole o condotti di aspirazione e scarico. Al contrario dei motori a combustione interna, i motori ad aria calda operano in un ciclo chiuso e hanno un funzionamento molto regolare e poco rumoroso.

A lato, troviamo la rappresentazione del ciclo termico teorico del motore Stirling; le fasi che lo compongono sono:

• 1 – 2 Una compressione isoterma (a temperatura costante);
• 2 – 3 Un riscaldamento isocoro (a volume costante);
• 3 – 4 Una espansione isoterma (in questo punto il pistone E riceve lavoro utile, che sarà trasferito al volano¹);
• 4 – 1 Un raffreddamento isocoro;

Per realizzare il ciclo si procede schematicamente nel modo sotto illustrato.

L’area sottesa dal ciclo indica il lavoro eseguito dal motore.

¹ Il volano è un organo rotante, di massa notevole, la cui funzione è quella di regolarizzazione del moto rotatorio dell’albero mediante periodici accumuli e restituzioni di energia.

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Il pistone di espansione E

¹ è al PMS, quasi tutto il gas si trova nel lato freddo (punto 1 del grafico)

Il pistone di compressione C inizia la corsa di risalita e il gas viene compresso a temperatura costante.

(punto 2 nel grafico)