El motor Stirling más simple. Motor Stirling de bricolaje, diagrama y dibujo. Cuentas de mármol o vidrio

En el que el fluido de trabajo (gaseoso o líquido) se mueve en un volumen cerrado, se trata esencialmente de un tipo de motor de combustión externa. Este mecanismo se basa en el principio de calentamiento y enfriamiento periódico del fluido de trabajo. La energía se extrae del volumen emergente del fluido de trabajo. El motor Stirling funciona no sólo con la energía del combustible quemado, sino también con casi cualquier fuente. Este mecanismo fue patentado por el escocés Robert Stirling en 1816.

El mecanismo descrito, a pesar de su baja eficiencia, tiene una serie de ventajas, en primer lugar, su simplicidad y sencillez. Gracias a esto, muchos diseñadores aficionados intentan montar un motor Stirling con sus propias manos. Algunos lo logran y otros no.

En este artículo veremos el Stirling de bricolaje a partir de materiales de desecho. Necesitaremos los siguientes espacios en blanco y herramientas: una lata (puede ser de espadines), chapa, clips, gomaespuma, goma elástica, bolsa, cortadores de alambre, alicates, tijeras, soldador,

Ahora comencemos a ensamblar. Aquí instrucciones detalladas sobre cómo hacer un motor Stirling con tus propias manos. Primero necesitas lavar el frasco, limpiar. papel de lija Los bordes. Cortamos un círculo de chapa para que encaje en los bordes interiores de la lata. Determinamos el centro (para ello usamos un calibre o regla), hacemos un agujero con unas tijeras. A continuación tomamos alambre de cobre y un clip, endereza el clip y haz un anillo en el extremo. Enrollamos el cable alrededor del clip, cuatro vueltas cerradas. A continuación, utilice un soldador para estañar la espiral resultante con una pequeña cantidad de soldadura. Luego, debe soldar con cuidado la espiral al orificio de la tapa para que la varilla quede perpendicular a la tapa. El clip debe moverse libremente.

Después de eso, debes hacer un orificio de conexión en la tapa. Hacemos un desplazador de gomaespuma. Su diámetro debe ser ligeramente menor que el diámetro de la lata, pero no debe quedar un gran espacio. La altura del desplazador es un poco más de la mitad de la lata. Cortamos un agujero en el centro de la gomaespuma para la funda; esta última puede ser de goma o corcho. Insertamos la varilla en el casquillo resultante y sellamos todo. El desplazador debe colocarse paralelo a la tapa, esto condición importante. A continuación solo queda cerrar el frasco y sellar los bordes. La costura debe estar sellada. Ahora comencemos a hacer el cilindro de trabajo. Para ello, corte una tira de hojalata de 60 mm de largo y 25 mm de ancho, doble el borde 2 mm con unos alicates. Formamos una funda, luego soldamos el borde, luego es necesario soldar la funda a la tapa (sobre el orificio).

Ahora puedes empezar a hacer la membrana. Para ello, corte un trozo de film de la bolsa, presiónelo un poco hacia adentro con el dedo y presione los bordes con una banda elástica. A continuación debe comprobar el montaje correcto. Calentar el fondo del frasco al fuego y tirar del tallo. Como resultado, la membrana debe doblarse hacia afuera y, si se suelta la varilla, el desplazador debe bajar por su propio peso y, en consecuencia, la membrana vuelve a su lugar. Si el desplazador no está hecho correctamente o la soldadura de la lata no es hermética, la varilla no volverá a su lugar. Después de esto hacemos el cigüeñal y los puntales (la separación entre las bielas debe ser de 90 grados). La altura de las manivelas debe ser de 7 mm y la altura de los desplazadores de 5 mm. La longitud de las bielas está determinada por la posición del cigüeñal. El extremo de la manivela se inserta en el tapón. Entonces vimos cómo ensamblar un motor Stirling con nuestras propias manos.

Este mecanismo funcionará con una vela normal. Si coloca imanes en el volante y toma la bobina de un compresor de acuario, dicho dispositivo puede reemplazar un motor eléctrico simple. Como puede ver, hacer un dispositivo de este tipo con sus propias manos no es nada difícil. Habría un deseo.

Explicación del funcionamiento del motor Stirling.

Empezamos marcando el volante.

Fallaron seis hoyos. Resulta que no es bonito. Los agujeros son pequeños y el cuerpo entre ellos es delgado.

De una sola vez afilamos los contrapesos del cigüeñal. Se presionan los cojinetes. A continuación se extraen los cojinetes y en su lugar se corta una rosca M3.

Lo fresaré, pero también puedes usar una lima.

Esto es parte de la biela. El resto está soldado con PSR.

Trabajar con un escariador sobre la arandela de sellado.

Perforación del lecho Stirling. El orificio que conecta el desplazador con el cilindro de trabajo. Taladro 4.8 para rosca M6. Entonces es necesario apagarlo.

Perforar la camisa del cilindro de trabajo para escariar.

Perforación para rosca M4.

Cómo se hizo.

Las dimensiones se dan teniendo en cuenta la conversión. Se fabricaron dos pares cilindro-pistón de 10 mm. y por 15 mm. Ambos fueron probados si configura el cilindro a 15 mm. entonces la carrera del pistón será de 11-12 mm. y no funciona. Pero 10 mm. con un recorrido de 24 mm. solo bien.

A ellas se sueldan las dimensiones de las bielas.

Conjunto de montaje de biela. La versión con rodamientos no funcionó. Cuando se aprieta la biela, el cojinete se deforma y crea una fricción adicional. En lugar de un rumbo hice a Al. casquillo con perno.

Dimensiones de algunas piezas.

Algunas dimensiones para el volante.

Algunos tamaños de cómo fijar al eje y las articulaciones.

Colocamos una junta de amianto de 2-3 mm entre el refrigerador y la cámara de combustión. También es recomendable colocar juntas de paronita o algo que conduzca menos calor debajo de los tornillos que sujetan ambas piezas.

El desplazador es el corazón de Stirling; debe ser ligero y conducir poco calor. El material se tomó del mismo disco duro antiguo. Esta es una de las guías de motor lineal, muy adecuada, templada y cromada. Para cortar el hilo, envolví un trapo empapado alrededor del medio y calenté los extremos hasta que estaban al rojo vivo.

Biela con cilindro de trabajo. Longitud total 108 mm. De estos, 32 mm es un pistón con un diámetro de 10 mm. El pistón debe entrar en el cilindro con facilidad, sin raspaduras visibles. Para comprobarlo, ciérrelo firmemente con el dedo desde abajo e inserte el pistón desde arriba, debe soltarse muy hacia abajo. despacio.

Planeé hacer esto pero hice cambios durante el proceso. Para conocer la carrera del cilindro de trabajo, colocamos el desplazador en la cámara de refrigeración y extendemos el cilindro de trabajo 25 mm. Calentamos la cámara de calor. Colocamos con cuidado una regla debajo de la biela de trabajo y recordamos los datos. . Empujamos el desplazador con fuerza y ​​​​cuánto se mueve el cilindro de trabajo es su carrera. Este tamaño juega un papel muy importante.

Vista del cilindro de trabajo. Longitud de la biela 83 mm. La carrera es de 24 mm. El volante se fija al eje con un tornillo M4. Su cabeza es visible en la foto. Y de esta forma se fija el contrapeso de la biela del desplazador.

Vista de la biela del desplazador. La longitud total con el desplazador es de 214 mm. Longitud de la biela 75 mm. Carrera 24 mm. Preste atención a la ranura en forma de U en el volante. Hecho para la toma de fuerza. La idea era un generador o un pasador para el ventilador del refrigerador. El pilón del volante tiene unas dimensiones de 68x25x15. La parte superior está fresada por un lado hasta una profundidad de 7 mm y una longitud de 32 mm. El centro del rodamiento desde la parte inferior está a 55 mm. Fijado desde abajo con dos tornillos M4. La distancia entre los centros de los pilones es de 126 mm.

Vista de la cámara de combustión y el refrigerador. La carcasa del motor está encajada en el pilón. Las dimensiones del pilón son 47x25x15, el hueco para el aterrizaje es de 12 mm. Está fijado al tablero desde abajo con dos pernos M4.

Lámpara 40mm. de diámetro altura 35mm. Empotrado en el eje de 8 mm. En la parte inferior central se encuentra una tuerca M4 sellada y asegurada con un perno desde abajo.

Aspecto terminado. Base de roble 300x150x15mm.

Placa de nombre.

Llevo mucho tiempo buscando un esquema que funcione. Lo encontré, pero siempre fue por que o había algún problema con el equipo o con los materiales decidí hacerlo como una ballesta. Después de mirar muchas opciones y descubrir qué tenía en stock y qué podía hacer yo mismo usando mi equipo, descubrí de inmediato cuándo. dispositivo ensamblado No me gustó. Quedó demasiado ancho. Tuve que acortar el marco del cilindro. Y el volante debe colocarse sobre un cojinete (sobre un pilón). Los materiales del volante, las bielas, el contrapeso, la arandela de sellado, la lámpara y el cilindro de trabajo son de bronce. La cámara de calor es de aluminio. El eje del volante y la varilla del desplazador son de acero inoxidable. Y lo exhibiré para que usted juzgue.

El motor Stirling, alguna vez famoso, quedó olvidado durante mucho tiempo debido al uso generalizado de otro motor (de combustión interna). Pero hoy escuchamos cada vez más sobre él. ¿Quizás tenga la oportunidad de volverse más popular y encontrar su lugar en una nueva modificación del mundo moderno?

Historia

El motor Stirling es un motor térmico que se inventó a principios del siglo XIX. El autor, como es evidente, era un tal Stirling llamado Robert, un sacerdote de Escocia. El dispositivo es un motor de combustión externa, donde el cuerpo se mueve en un recipiente cerrado, cambiando constantemente su temperatura.

Debido a la difusión de otro tipo de motor, casi quedó en el olvido. Sin embargo, gracias a sus ventajas, hoy el motor Stirling (muchos aficionados lo construyen en casa con sus propias manos) vuelve a estar de moda.

La principal diferencia con un motor de combustión interna es que la energía térmica proviene del exterior y no se genera en el propio motor, como en un motor de combustión interna.

Principio de funcionamiento

Se puede imaginar un volumen de aire cerrado encerrado en una carcasa con una membrana, es decir, un pistón. Cuando la carcasa se calienta, el aire se expande y trabaja, doblando así el pistón. Luego se produce el enfriamiento y se vuelve a doblar. Este es el ciclo de funcionamiento del mecanismo.

No es de extrañar que muchas personas fabriquen su propio motor Stirling termoacústico en casa. Esto requiere un mínimo de herramientas y materiales, que se pueden encontrar en el hogar de todos. Considere dos diferentes caminos que fácil es crear uno.

Materiales para el trabajo

Para hacer un motor Stirling con sus propias manos, necesitará los siguientes materiales:

• estaño;
• radios de acero;
• tubo de latón;
• sierra;
• archivo;
• soporte de madera;
• tijeras de metal;
• piezas de sujeción;
• soldador;
• soldadura;
• soldar;
• máquina.

Esto es todo. El resto es cuestión de técnica sencilla.

Cómo hacer

De estaño se preparan una cámara de combustión y dos cilindros para la base, de los cuales constará el motor Stirling, hecho a mano. Las dimensiones se seleccionan de forma independiente, teniendo en cuenta los fines para los que está destinado este dispositivo. Supongamos que el motor se fabrica para demostración. Entonces el desarrollo del cilindro maestro será de veinte a veinticinco centímetros, no más. El resto de piezas deben adaptarse a ello.

En la parte superior del cilindro, se hacen dos protuberancias y orificios con un diámetro de cuatro a cinco milímetros para mover el pistón. Los elementos actuarán como cojinetes para la ubicación del dispositivo de manivela.

A continuación, fabrican el cuerpo de trabajo del motor (se convertirá en agua corriente). Se sueldan círculos de estaño al cilindro, que se enrolla formando un tubo. En ellos se hacen agujeros y se insertan tubos de latón de veinticinco a treinta y cinco centímetros de largo y con un diámetro de cuatro a cinco milímetros. Al final, comprueban el grado de estanqueidad de la cámara llenándola de agua.

Luego viene el turno del desplazador. Para la fabricación se toma una pieza de trabajo de madera. La máquina se utiliza para garantizar que adopte la forma de un cilindro normal. El desplazador debe ser ligeramente más pequeño que el diámetro del cilindro. Altura óptima lo seleccionan después de que el motor Stirling esté hecho con sus propias manos. Por lo tanto, en esta etapa, la longitud debe incluir cierto margen.

El radio se convierte en una varilla de cilindro. Se hace un agujero en el centro del recipiente de madera por el que encaja la varilla, y se introduce. En la parte superior de la biela es necesario dejar espacio para el dispositivo de biela.

Luego toman tubos de cobre de cuatro centímetros y medio de largo y dos centímetros y medio de diámetro. Se suelda un círculo de estaño al cilindro. Se hace un agujero en los lados de las paredes para conectar el recipiente con el cilindro.

El pistón también se ajusta a torno al diámetro del cilindro grande desde el interior. La varilla está unida en forma de bisagra en la parte superior.

Se completa el montaje y se ajusta el mecanismo. Para ello, el pistón se inserta en un cilindro más grande y se conecta a otro cilindro más pequeño.

Un mecanismo de manivela está construido sobre un cilindro grande. Fije la parte del motor con un soldador. Las partes principales se fijan sobre una base de madera.

El cilindro se llena con agua y se coloca una vela debajo del fondo. Se prueba el rendimiento de un motor Stirling, fabricado a mano de principio a fin.

Segundo método: materiales

El motor se puede fabricar de otra forma. Para ello necesitarás los siguientes materiales:

• estaño;
• espuma;
• clips de papel;
• discos;
• dos pernos.

Cómo hacer

La gomaespuma se utiliza muy a menudo para hacer una casa sencilla. motor poderoso Bricolaje Stirling. A partir de él se prepara un desplazador para el motor. Recorta un círculo de espuma. El diámetro debe ser ligeramente menor que eso. lata, y la altura es un poco más de la mitad.

Se hace un agujero en el centro de la tapa para la futura biela. Para que funcione sin problemas, el clip se enrolla en espiral y se suelda a la tapa.

Se perfora el círculo de espuma en el medio. cable delgado con un tornillo y asegúrelo encima con una arandela. Luego, el trozo de clip se conecta mediante soldadura.

El desplazador se empuja dentro del orificio de la tapa y se conecta a la lata mediante soldadura para sellarlo. Se hace un pequeño bucle en el clip y otro agujero más grande en la tapa.

La hoja de estaño se enrolla formando un cilindro, se suelda y luego se une a la lata para que no quede ninguna grieta.

El clip se convierte en un cigüeñal. El espacio debe ser exactamente de noventa grados. La rodilla sobre el cilindro se hace un poco más grande que la otra.

Los clips restantes se convierten en soportes de eje. La membrana se fabrica de la siguiente manera: el cilindro se envuelve en una película de polietileno, se presiona y se asegura con hilo.

La biela está hecha de un clip que se inserta en un trozo de goma y la pieza terminada se fija a la membrana. La longitud de la biela está diseñada de tal manera que en el punto inferior del eje la membrana se introduce en el cilindro y en el punto más alto se extiende. La segunda parte de la biela se realiza de la misma forma.

Luego se pega uno a la membrana y el otro al desplazador.

Las patas del frasco también se pueden hacer con clips y soldar. Para la manivela se utiliza un CD.

Ahora todo el mecanismo está listo. Ya solo queda colocar y encender una vela debajo y luego darle un empujón a través del volante.

Conclusión

Este es un motor Stirling de baja temperatura (construido con mis propias manos). Por supuesto, a escala industrial, estos dispositivos se fabrican de una manera completamente diferente. Sin embargo, el principio sigue siendo el mismo: el volumen de aire se calienta y luego se enfría. Y esto se repite constantemente.

Finalmente, mira estos dibujos del motor Stirling (puedes hacerlo tú mismo sin ninguna habilidad especial). ¿Quizás ya tienes la idea y quieres hacer algo similar?

Ecología del consumo Ciencia y tecnología: El motor Stirling se utiliza con mayor frecuencia en situaciones donde se requiere un aparato para convertir energía térmica, caracterizado por su simplicidad y eficiencia.

Hace menos de cien años, los motores de combustión interna intentaron ganar el lugar que les correspondía en la competencia entre otras máquinas y mecanismos de movimiento disponibles. Además, en aquella época la superioridad del motor de gasolina no era tan evidente. Las máquinas existentes propulsadas por máquinas de vapor se distinguían por su silencio, excelentes características de potencia para la época, facilidad de mantenimiento y capacidad de uso. varios tipos combustible. En la lucha por el mercado, los motores de combustión interna, gracias a su eficiencia, fiabilidad y simplicidad, tomaron la delantera.

La carrera por mejorar las unidades y los mecanismos de propulsión, en la que se iniciaron las turbinas de gas y los motores rotativos a mediados del siglo XX, llevó al hecho de que, a pesar de la supremacía del motor de gasolina, se intentó introducir " campo de juego" absolutamente el nuevo tipo Motores: térmicos, inventados por primera vez en 1861 por un sacerdote escocés llamado Robert Stirling. El motor recibió el nombre de su creador.

MOTOR STIRLING: LADO FÍSICO DEL PROBLEMA

Para comprender cómo funciona una central eléctrica de mesa de Stirling, es necesario comprender información general sobre los principios de funcionamiento de los motores térmicos. Físicamente, el principio de funcionamiento es utilizar energía mecánica, que se obtiene cuando el gas se expande al calentarse y su posterior compresión al enfriarse. Para demostrar el principio de funcionamiento, se puede dar un ejemplo basado en el método habitual. botella de plástico y dos cacerolas, una de las cuales contiene agua fría y la otra caliente.

Al bajar la botella a agua fría, cuya temperatura es cercana a la temperatura de formación del hielo, cuando el aire dentro del recipiente de plástico se enfría lo suficiente, se debe cerrar con un tapón. Además, cuando se coloca la botella en agua hirviendo, después de un tiempo el corcho “dispara” con fuerza, ya que en en este caso El trabajo realizado por el aire calentado fue muchas veces mayor que el realizado durante el enfriamiento. Si el experimento se repite muchas veces, el resultado no cambia.

Las primeras máquinas que se construyeron con el motor Stirling reprodujeron con precisión el proceso demostrado en el experimento. Naturalmente, el mecanismo requería una mejora, que consistía en utilizar parte del calor que el gas perdía durante el proceso de enfriamiento para un mayor calentamiento, permitiendo que el calor regresara al gas para acelerar el calentamiento.

Pero ni siquiera el uso de esta innovación pudo salvar la situación, ya que los primeros Stirling eran de gran tamaño y tenían poca potencia. Posteriormente, se intentó más de una vez modernizar el diseño para alcanzar una potencia de 250 CV. llevó al hecho de que, en presencia de un cilindro con un diámetro de 4,2 metros, la potencia real producida por la central eléctrica de Stirling de 183 kW era en realidad de sólo 73 kW.

Todos los motores Stirling funcionan según el principio del ciclo Stirling, que incluye cuatro fases principales y dos intermedias. Los principales son calentamiento, expansión, enfriamiento y compresión. La etapa de transición considerada es la transición al generador de frío y la transición al elemento de calefacción. Trabajo útil realizado por el motor se basa únicamente en la diferencia de temperatura entre las partes de calefacción y refrigeración.

CONFIGURACIONES STIRLING MODERNAS

La ingeniería moderna distingue tres tipos principales de este tipo de motores:

• Alpha-stirling, cuya diferencia son dos pistones activos ubicados en cilindros independientes. De las tres opciones, este modelo tiene la mayor potencia, al tener la temperatura más alta del pistón calefactor;
• beta Stirling, basada en un cilindro, una parte del cual está caliente y la otra fría;
• Gamma Stirling, que además del pistón también tiene un desplazador.

La producción de la central eléctrica de Stirling dependerá de la elección del modelo de motor, que tendrá en cuenta todos los aspectos positivos y lados negativos proyecto similar.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Gracias a tu caracteristicas de diseño Estos motores tienen una serie de ventajas, pero no están exentos de desventajas.

La central eléctrica de mesa Stirling, que no se puede comprar en una tienda, sino solo a aficionados que ensamblan dichos dispositivos de forma independiente, incluye:

• tamaños grandes, causados ​​​​por la necesidad de un enfriamiento constante del pistón de trabajo;
• el uso de alta presión, necesaria para mejorar el rendimiento y la potencia del motor;
• pérdida de calor, que se produce debido a que el calor generado no se transfiere al fluido de trabajo en sí, sino a través de un sistema de intercambiadores de calor, cuyo calentamiento conduce a una pérdida de eficiencia;
• Una fuerte reducción de potencia requiere el uso de principios especiales que difieren de los tradicionales de los motores de gasolina.

Además de las desventajas, las centrales eléctricas que funcionan con unidades Stirling tienen ventajas innegables:

• cualquier tipo de combustible, ya que como todo motor que utiliza energía térmica, este motor es capaz de funcionar a una diferencia de temperatura de cualquier ambiente;
• eficiencia. Estos dispositivos pueden ser un excelente reemplazo de las unidades de vapor en los casos en que sea necesario procesar energía solar, proporcionando una eficiencia un 30% mayor;
• la seguridad ambiental. Dado que la central eléctrica de mesa de kW no genera par de escape, no produce ruido ni emite emisiones a la atmósfera. sustancias nocivas. La fuente de energía es el calor ordinario y el combustible se quema casi por completo;
• simplicidad estructural. Para su trabajo, Stirling no requerirá Detalles adicionales o dispositivos. Es capaz de arrancar de forma independiente sin utilizar motor de arranque;
• mayor recurso de rendimiento. Debido a su simplicidad, el motor puede proporcionar cientos de horas de funcionamiento continuo.

ÁREAS DE APLICACIÓN DE LOS MOTORES STIRLING

El motor Stirling se utiliza con mayor frecuencia en situaciones en las que se requiere un dispositivo simple para convertir energía térmica, mientras que la eficiencia de otros tipos de unidades térmicas es significativamente menor en condiciones similares. Muy a menudo, estas unidades se utilizan en alimentos. equipo de bombeo, cámaras frigoríficas, submarinos, baterías de almacenamiento de energía.

Una de las áreas prometedoras para el uso de motores Stirling es plantas de energía solar, ya que esta unidad se puede utilizar con éxito para convertir la energía de los rayos solares en electricidad. Para llevar a cabo este proceso, el motor se coloca en el foco de un espejo que acumula los rayos solares, lo que proporciona iluminación permanente de la zona a calentar. Esto permite concentrar la energía solar en un área pequeña. El combustible del motor en este caso es helio o hidrógeno. publicado

La industria automotriz moderna ha alcanzado un nivel de desarrollo en el que, sin fundamentos investigación científica Es casi imposible lograr mejoras fundamentales en el diseño de los motores de combustión interna tradicionales. Esta situación obliga a los diseñadores a prestar atención a diseños de plantas de energía alternativas. Algunos centros de ingeniería han centrado sus esfuerzos en crear y adaptar modelos híbridos y eléctricos para la producción en serie, mientras que otros fabricantes de automóviles están invirtiendo en el desarrollo de motores que utilizan combustibles de fuentes renovables (por ejemplo, biodiesel que utiliza aceite de colza). Hay otros proyectos de unidades de potencia que en el futuro podrían convertirse en un nuevo sistema de propulsión estándar para Vehículo.

Entre las posibles fuentes de energía mecánica para los automóviles del futuro se encuentra el motor de combustión externa, inventado a mediados del siglo XIX por el escocés Robert Stirling como motor de expansión térmica.

Esquema de trabajo

El motor Stirling convierte energía térmica, suministrado desde el exterior, al útil Trabajo mecánico debido a cambios en la temperatura del fluido de trabajo(gas o líquido) circulando en un volumen cerrado.

EN vista general El diagrama de funcionamiento del dispositivo es el siguiente: en la parte inferior del motor, la sustancia de trabajo (por ejemplo, aire) se calienta y, aumentando de volumen, empuja el pistón hacia arriba. Aire caliente Penetra en la parte superior del motor, donde es enfriado por el radiador. La presión del fluido de trabajo disminuye y el pistón desciende para el siguiente ciclo. En este caso, el sistema está sellado y la sustancia de trabajo no se consume, sino que solo se mueve dentro del cilindro.

Existen varias opciones de diseño para unidades de potencia que utilizan el principio de Stirling.

Modificación Stirling "Alfa"

El motor consta de dos pistones de potencia separados (frío y caliente), cada uno de los cuales está ubicado en su propio cilindro. El calor se suministra al cilindro con el pistón caliente y el cilindro frío se encuentra en un intercambiador de calor de refrigeración.

Modificación Stirling "Beta"

El cilindro que contiene el pistón se calienta en un extremo y se enfría en el extremo opuesto. En el cilindro se mueven un pistón de potencia y un desplazador, diseñados para cambiar el volumen del gas de trabajo. El regenerador realiza el movimiento de retorno de la sustancia de trabajo enfriada a la cavidad caliente del motor.

Modificación Stirling "Gamma"

El diseño consta de dos cilindros. El primero es completamente frío, en el que se mueve el pistón de potencia, y el segundo, caliente por un lado y frío por el otro, sirve para mover el desplazador. Un regenerador para hacer circular gas frío puede ser común a ambos cilindros o ser parte del diseño del desplazador.

Ventajas del motor Stirling

Como la mayoría de los motores de combustión externa, Stirling se caracteriza multicombustible: el motor funciona debido a los cambios de temperatura, independientemente de los motivos que lo provocaron.

¡Dato interesante! Una vez se demostró una instalación que funcionaba con veinte opciones de combustible. Sin parar el motor, se suministró gasolina a la cámara de combustión externa, combustible diesel, metano, petróleo crudo y aceite vegetal- la unidad de potencia continuó funcionando de manera constante.

El motor tiene simplicidad de diseño y no requiere sistemas adicionales y archivos adjuntos(sincronización, motor de arranque, caja de cambios).

Las características del dispositivo garantizan una larga vida útil: más de cien mil horas operación continua.

El motor Stirling es silencioso, ya que no se produce detonación en los cilindros y no es necesario eliminar los gases de escape. La modificación "Beta", equipada con un mecanismo de manivela rómbica, es un sistema perfectamente equilibrado que no presenta vibraciones durante el funcionamiento.

No se producen procesos en los cilindros del motor que puedan tener un impacto. impacto negativo en ambiente. Al seleccionar una fuente de calor adecuada (p. ej. energía solar) Stirling puede ser absolutamente Amigable con el medio ambiente unidad de poder.

Desventajas del diseño Stirling

A pesar de todas las propiedades positivas, el uso masivo inmediato de los motores Stirling es imposible por las siguientes razones:

El principal problema es el consumo de material de la estructura. Para enfriar el fluido de trabajo se necesitan radiadores de gran volumen, lo que aumenta significativamente el tamaño y el consumo de metal de la instalación.

El nivel tecnológico actual permitirá que el motor Stirling se compare en rendimiento con los motores de gasolina modernos sólo mediante el uso de especies complejas Fluido de trabajo (helio o hidrógeno) bajo una presión de más de cien atmósferas. Este hecho plantea serias dudas tanto en el campo de la ciencia de materiales como en la garantía de la seguridad del usuario.

Un problema operativo importante está relacionado con cuestiones de conductividad térmica y resistencia a la temperatura de los metales. El calor se suministra al volumen de trabajo a través de intercambiadores de calor, lo que provoca pérdidas inevitables. Además, el intercambiador de calor debe estar fabricado con metales resistentes al calor y resistentes a hipertensión. Los materiales adecuados son muy caros y difíciles de procesar.

Los principios para cambiar los modos del motor Stirling también son fundamentalmente diferentes de los tradicionales, lo que requiere el desarrollo de dispositivos de control especiales. Por lo tanto, para cambiar la potencia es necesario cambiar la presión en los cilindros, el ángulo de fase entre el desplazador y el pistón de potencia o influir en la capacidad de la cavidad con el fluido de trabajo.

Una forma de controlar la velocidad de rotación del eje en un modelo de motor Stirling se puede ver en el siguiente vídeo:

Eficiencia

En cálculos teóricos, la eficiencia del motor Stirling depende de la diferencia de temperatura del fluido de trabajo y puede alcanzar el 70% o más según el ciclo de Carnot.

Sin embargo, las primeras muestras realizadas en metal tenían una eficiencia extremadamente baja por las siguientes razones:

• opciones de refrigerante (fluido de trabajo) ineficaces que limitan la temperatura máxima de calentamiento;
• pérdidas de energía por fricción de piezas y conductividad térmica de la carcasa del motor;
• Falta de materiales de construcción resistentes a altas presiones.

Las soluciones de ingeniería mejoraron constantemente el diseño de la unidad de potencia. Así, en la segunda mitad del siglo XX, un automóvil de cuatro cilindros El motor Stirling con accionamiento rómbico mostró una eficiencia del 35% en las pruebas. en un refrigerante de agua con una temperatura de 55 ° C. El cuidadoso desarrollo del diseño, el uso de nuevos materiales y el ajuste fino de las unidades de trabajo aseguraron que la eficiencia de las muestras experimentales fuera del 39%.

¡Nota! Moderno motores de gasolina de potencia similar tienen un coeficiente acción útil entre el 28% y el 30%, y los motores diésel turboalimentados entre el 32% y el 35%.

Los ejemplos modernos del motor Stirling, como el creado por la empresa estadounidense Mechanical Technology Inc, demuestran una eficiencia de hasta el 43,5%. Y con el desarrollo de la producción de cerámicas resistentes al calor y materiales innovadores similares, será posible aumentar significativamente la temperatura del entorno de trabajo y alcanzar una eficiencia del 60%.

Ejemplos de implementación exitosa de automóviles Stirling.

A pesar de todas las dificultades, se conocen muchos modelos de motores Stirling eficientes que son aplicables a la industria automotriz.

El interés por el Stirling, apto para su instalación en un automóvil, apareció en los años 50 del siglo XX. El trabajo en esta dirección fue realizado por empresas como Ford Motor Company, Volkswagen Group y otras.

La empresa UNITED STIRLING (Suecia) desarrolló Stirling, que aprovechó al máximo los componentes y conjuntos en serie producidos por los fabricantes de automóviles (cigüeñal, bielas). El motor en V de cuatro cilindros resultante tenía un peso específico de 2,4 kg/kW, lo que es comparable a las características de un motor diésel compacto. Esta unidad fue probada con éxito como central eléctrica para una furgoneta de carga de siete toneladas.

Una de las muestras exitosas es el motor Stirling de cuatro cilindros fabricado en los Países Bajos, modelo “Philips 4-125DA”, destinado a ser instalado en un coche. El motor tenía una potencia de trabajo de 173 CV. Con. en dimensiones similares a una unidad de gasolina clásica.

Los ingenieros de General Motors lograron resultados significativos al construir en los años 70 un motor Stirling en forma de V de ocho cilindros (4 de trabajo y 4 de compresión) con un mecanismo de manivela estándar.

Una central eléctrica similar en 1972. equipado con una serie limitada de automóviles Ford Torino, cuyo consumo de combustible ha disminuido un 25% respecto al clásico ocho de gasolina en forma de V.

Actualmente, más de medio centenar de empresas extranjeras están trabajando para mejorar el diseño del motor Stirling con el fin de adaptarlo a la producción en masa a las necesidades de la industria automovilística. Y si es posible eliminar las desventajas de este tipo de motor, manteniendo al mismo tiempo sus ventajas, entonces será Stirling, y no las turbinas y los motores eléctricos, el que sustituirá a los motores de combustión interna de gasolina.