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Moteur Stirling

Moteur Stirling

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

Le moteur Stirling a été inventé en 1816 par Robert Stirling, un prêtre écossais. L'une des préoccupations de l'époque était la sécurité des machines à vapeur. L'objectif de Stirling était d'obtenir un moteur moins dangereux que la machine à vapeur.

L'opération est basée sur l'expansion et la contraction d'un gaz qui peut être l'hélium, l'hydrogène, l'azote ou l'air. Ce gaz est obligé de se déplacer cycliquement d'une source froide où il se contracte à une source chaude où il se dilate.

Ce type de machine est considéré comme un moteur thermique. Il s'agit d'un moteur thermodynamique dû à la présence d'un gradient de température entre les deux sources thermiques.

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. Des exemples de sources d'énergie utilisées dans cette technologie sont l'énergie solaire thermique, les combustibles fossiles tels que le charbon ou le pétrole, la biomasse, l'énergie géothermique et autres.

Comment fonctionne un moteur Stirling?

Un moteur Stirling est un moteur alternatif qui fonctionne dans un cycle de régénération thermodynamiquement fermé. Ce cycle est le soi-disant cycle de Stirling. La principale caractéristique de ce cycle est qu'il fonctionne avec une compression cyclique et une expansion cyclique du fluide de travail à différents niveaux de température.

Fonctionnement du moteur StirlingLe moteur Stirling est un moteur thermique qui fonctionne grâce à un cycle de compression et de détente d'un gaz. Deux niveaux de température sont utilisés ce qui entraîne une conversion nette de l' énergie thermique en énergie mécanique (travail mécanique).

Le gaz comprimé exerce une pression sur un piston. Le piston est relié à un vilebrequin qui permet de convertir le mouvement linéaire du piston à l'intérieur du cylindre en un mouvement de rotation d'un axe.

Dans le groupe des moteurs thermiques, comme la machine à vapeur, le moteur Stirling est 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.

Comme pour les moteurs thermiques, le cycle général comprend:

  • Compressez le gaz à une température plus basse.
  • Chauffez le gaz dans un point chaud.
  • Développer le travail mécanique générateur de gaz chauds.
  • Refroidissez le gaz dans un endroit froid pour pouvoir répéter le cycle de Stirling.

Quel est le remords d'un moteur Stirling?

    L'efficacité du procédé est fortement limitée par l'efficacité du cycle de Carnot, qui dépend de la différence de température entre la zone chaude et la zone froide. Dans tous les cas, le moteur Stirling est le seul à pouvoir approcher les performances maximales théoriques dites performances Carnot.

    Cycle de Carnot

    En thermodynamique, le cycle de Carnot ou le processus de Carnot est un processus circulaire idéal. Ce cycle comprend deux processus adiabatiques et deux processus isothermes. Dans le procédé Carnot, le système thermodynamique effectue un travail mécanique en échangeant de la chaleur avec deux réservoirs de chaleur. Les deux dépôts de chaleur ont des températures constantes mais différentes.

    Dans les cycles de Carnot, il existe deux sources de chaleur:

    • Le radiateur, quel réservoir avec une température plus élevée
    • Le réfrigérateur, qui est un réservoir avec une température plus basse.

    Quelle est la différence entre le moteur Stirling et la machine à vapeur?

    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.

    Le moteur Stirling se caractérise par son rendement élevé par rapport aux moteurs à vapeur, son fonctionnement plus silencieux et sa plus grande facilité d'utilisation de différentes sources de chaleur.

    Cette compatibilité avec les sources d'énergie alternatives et renouvelables est devenue de plus en plus importante à mesure que le coût des combustibles fossiles conventionnels a augmenté et la sensibilité sociale au changement climatique. Le moteur Stirling présente actuellement un intérêt en tant que cœur d'unités de microcombinaison de chaleur et d'énergie, c'est-à-dire de cogénération, dans lesquelles il est plus sûr et plus efficace que l'énergie vapeur.

    Applications et utilisations de cette machine thermique

    Cette technologie est considérée comme d'une grande application pour les régions où il y a un grand nombre de colons dispersés, ce qui serait très coûteux à atteindre avec un réseau électrique.

    Il est prévu que les fabricants de moteurs Stirling construiront de petites unités du même type à grande échelle (avec un disque solaire), par exemple avec une capacité de production d'environ 200 à 400 kWh par mois (équipement d'environ 1 à 2 kW de puissance) ; en particulier pour les pays situés entre les tropiques, car dans ces régions, la quantité de rayonnement solaire est importante tout au long de l'année et est à son tour la région où la population est la plus dispersée.

    Références

    Bolc sur l'énergie. Dans ce bloc le lecteur y trouvera des neumbreux articles liées á l'énergie. 

    Auteur :

    Date de publication : 13 décembre 2017
    Dernier examen : 21 mars 2020