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Moteur Stirling

Moteur Stirling

Le moteur Stirling est un type de moteur thermique. Son fonctionnement est basé sur l'expansion et la contraction d'un gaz. Ce gaz est obligé de se déplacer cycliquement d'un foyer froid où il se contracte à une zone chaude où il se dilate.

Le moteur à air chaud a été inventé en 1816 par Robert Stirling. L'objectif était d'obtenir un moteur moins dangereux que la machine à vapeur.

À l'origine, le moteur Stirling a été conçu comme un moteur principal industriel pour rivaliser avec la machine à vapeur. En pratique, pendant plus d'un siècle, il n'a été utilisé que pour des applications domestiques et pour des moteurs de faible puissance.

Le développement est toujours sous enquête. Le fait que vous n'ayez besoin que d'une source de chaleur externe lui confère une grande polyvalence puisque ce fait vous donne la possibilité d'utiliser de nombreuses sources d'énergie pour son fonctionnement.

Comment fonctionne un moteur Stirling?

Le moteur Stirling dans un cycle de régénération thermodynamiquement "fermé", avec compression cyclique et détente cyclique du fluide de travail à différents niveaux de température.

Moteur StirlingLe cycle de Stirling est un cycle de compression et de détente d'un gaz. Deux niveaux de température sont utilisés, ce qui se traduit par une conversion nette de l' énergie thermique en travail mécanique.

Comme le moteur à vapeur, le moteur Stirling est traditionnellement classé comme un moteur à combustion externe. Tous les transferts de chaleur avec le gaz de travail se font à travers la paroi du moteur. D'autre part, dans un moteur à combustion interne, l'apport de chaleur se fait par la combustion d'un carburant à l'intérieur du corps du fluide de travail.

Contrairement à une machine à vapeur, le moteur Stirling ferme une quantité fixe de fluide dans un état gazeux permanent tel que l'air. En revanche, dans la machine à vapeur, le fluide de travail subit un changement de phase du liquide au gaz.

La variation de pression se produit dans le cylindre plongeur. Le plongeur est en zone froide. La chaleur fournie à ce point fait tourner le volant et le vilebrequin. Avec cela, l'énergie thermique est convertie en énergie mécanique.

L'efficacité du procédé est fortement limitée par l'efficacité du cycle de Carnot. Selon le cycle Carnot, l'efficacité dépend de la différence de température entre le réservoir chaud et le réservoir froid.

Caractéristiques du moteur Stirling

Le moteur Stirling se caractérise par:

  • Son rendement élevé par rapport aux machines à vapeur

  • Fonctionnement silencieux

  • Facilité avec laquelle presque n'importe quelle source de chaleur peut être utilisée.

Cette compatibilité avec les sources d'énergie renouvelables et alternatives est devenue de plus en plus importante avec l'augmentation du coût des carburants conventionnels.

Cycle de Stirling

Le cycle thermodynamique de Stirling idéal se compose de processus:

Moteur Stirling

  • 1-2 expansion isotherme du fluide de travail avec l'apport de chaleur du chauffage. Expansion à température constante. Le fluide est déplacé au source froide.

  • 2-3 élimination de la chaleur isochore du fluide de travail au régénérateur. Processus à volume constant.

  • 3-4 compression isotherme du fluide de travail avec évacuation de la chaleur vers le réfrigérateur. Le volume diminue en en déplaçant le fluide au source chaude. Le déplaceur suit le piston moteur au cours de la détente pour que le gaz reste en contact uniquement avec la source chaude.

  • 4-1 Chauffage isochorique du fluide de travail avec l'apport de chaleur du régénérateur. Le processus récupérant l'énergie est à volume constant. À ce stade, c'est là que le gaz est à une température plus basse. C'est le moment de fournir de l'énergie à nouveau.

Applications du moteur Stirling

Les moteurs de striling ont de multiples applications dans différents domaines tels que:

  • Sortie mécanique et propulsion. Ces types de moteurs ont été utilisés dans l'industrie automobile et la propulsion marine, entre autres exemples. Par rapport aux moteurs à explosion, de bonnes performances peuvent être obtenues.

  • Production d' électricité. Dans ce cas, il existe des applications liées à l'énergie nucléaire et à l'énergie solaire et les panneaux solaires. Dans les deux cas, il s'agit d'utiliser ces ressources comme source de chaleur pour entraîner une turbine à vapeur.

  • Bombe de chaleur. Grâce à l'échangeur de chaleur de ces systèmes et au fait qu'ils sont réversibles, ils peuvent être utilisés pour fournir de la chaleur ou du froid.

Types de moteur Stirling

  • Stirling alpha. Un Stirling alpha contient deux pistons de puissance séparés, un piston chaud, et un piston froid.

  • Stirling bêta qui utilise également un volume de gaz délimité entre deux pistons.

  • Un Stirling gamma est un moteur stirling qui a un piston de puissance et d'un piston jouant à lui seul le rôle de déplaceur.

Auteur :

Date de publication : 17 mars 2016
Dernier examen : 29 juin 2020