Stirling motoru

Termodinamik çevrimler
Carnot çevrimi
Rankine çevrimi
Brayton çevrimi
Diesel çevrimi
Ericsson çevrimi
Joule çevrimi
Miller çevrimi
Kalina çevrimi
Otto çevrimi
Stirling çevrimi
Karma çevrim

Stirling motoru, sıcak hava motoru olarak da bilinir.Dıştan yanmalı motorlu bir ısı makinesi tipidir. Isı değişimi prosesi, ısının mekanik harekete dönüşümünün ideal verime yakın olmasına izin verir. (Carnot çevriminin pratik olarak uygulanması ile)

1816 yılında İskoç rahip Reverent Robert Stirling tarafından icat edilmiştir. Motoru geliştirme işini daha sonra mühendis olan kardeşi James Stirling devam ettirmiştir. Mucitler, zamanın buhar makinelerine güvenilir bir alternatif oluşturmayı öngörmüştür. Buhar makinelerinin kazanları sık sık yetersiz malzeme kullanımı ve buharın yüksek basıncı nedeniyle patlıyordu. Stirling motorları sıcaklık farkını direkt olarak harekete dönüştürecekti.

Çalışma prensibi

Stirling motoru, yalıtılmış olarak bir miktar çalışma gazının (genellikle hava veya helyum, hidrojen gibi gazlar) ısıtılma ve soğutulma işleminin tekrar edilmesi ile çalışır.

Gaz, gaz kanunları (basınç, sıcaklık ve hacimle ilgili olarak) ile tanımlanmış davranışları gösterir. Gaz ısıtıldığında, yalıtılmış bir alan içinde olduğundan, basıncı yükselir ve güç pistonunu etkileyerek güç stroku üretir. Gaz soğutulduğunda basınç düşer ve bunun sonucunda piston dönüş strokunda gazı tekrar sıkıştırmak için oluşan işin bir kısmını kullanır. Ortaya çıkan net iş mil üzerinde güç oluşturur. Çalışma gazı sıcak ve soğuk ısı eşanjörleri arasında periyodik olarak akar.Çalışma gazı piston silindirleri içinde yalıtılmıştır. O yüzden burada egsoz gazı yoktur. Diğer tip pistonlu motorlardan farklı olarak valflere ihtiyaç yoktur.

Adım 1
Adım 2
Adım 3
Adım 4

Bazı Stirling motorları soğuk ve sıcak depolar arasında geri ve ileri çalışma gazı hareketi için bir ayırıcı piston kullanır. Çoklu silindirlerin güç pistonlarının birbirine bağlı olması sayesinde silindirlerin farklı sıcaklıklarda tutulması ile çalışma gazı hareket eder.

Gerçek Stirling motorlarında bir rejeneratör, depolar arasına yerleştirilmiştir. Sıcak ve soğuk taraf arasında gaz çevrimi olurken, rejeneratörden bu ısı transfer edilir. Bazı tasarımlarda, ayırıcı piston rejeneratörün kendisidir. Bu rejenaratör Stirling çevriminin verimine katkı sağlar.

55 kW elektrik gücü sağlayabilen bir Stirling motoru ve jeneratör uygulaması

İdeal Stirling motor çevrimi aynı giriş ve çıkış sıcaklıkları için Carnot ısı makinesi olarak aynı teorik verime sahiptir. Termodinamik verimi buhar makinelerinden yüksektir. (veya basit haldeki bazı içten yanmalı ve dizel motorlardan)

Herhangi bir sıcaklık kaynağı Stirling motoruna güç sağlayabilir. Dıştan yanmalı motor, ifadesindeki yanma çoğu zaman yanlış anlaşılır.Isı kaynağı, yanma sonucu oluşabilir fakat, güneş enerjisi, jeotermal enerji veya nükleer enerji de olabilir. Aynı şekilde sıcaklık farkı yaratmak için kullanılan soğuk kaynak, çevre sıcaklığının altındaki değişik maddeler olabilir. Soğuk su veya soğutucu bir akışkan kullanımı ile soğutma sağlanabilir. Fakat soğuk kaynaktan elde edilecek sıcaklık farkının düşük olması daha büyük kütleler ile çalışılmasını gerektireceğinden, pompalamada oluşacak güç kaybı çevrimin verimini düşürecektir.Yanma ürünleri motorun iç parçaları ile temas etmez. Stirling motorunda yağlama yağı ömrü içten yanmalı motorlara göre daha uzundur.

Stirling motorunun uygulamada bazı avantaj ve dezavantajları vardır.

Avantajları

• Isı dış kaynaklıdır ve yakıt hava karışımının yanması daha doÄŸru olarak kontrol edilebilir.
• Isı saÄŸlamak için devamlı bir yanma prosesi kullanılır, bu yüzden yanmamış yakıt oranı büyük ölçüde düşürülür.
• Stirling motorları, kendilerine denk olan diÄŸer motor tiplerinden daha az yaÄŸlama ve bakım gerektirir.
• Motor, diÄŸer denk motorlara göre daha basit yapıdadır. Valf ihtiyacı duymaz. Yakıt ve iç sistemleri daha basittir.
• Oldukça düşük basınçta iÅŸletilebilir, böylece tipik buhar makinelerine göre daha emniyetlidir.
• Düşük iÅŸletme basıncı, daha hafif ve dayanıklı olmayan silindir kullanımına imkan verir.
• Denizaltıların kullanımı için, hava olmadan ve daha sessiz çalışabilme imkanı verir.
• Uçak motoru olarak uygundurlar. Sessiz, daha az çevreye zararlı, verimli, güvenilir (basit parçalar ve yanma sistemi), daha az titreÅŸim üreten ve patlama riski daha az yakıt kullanılabilmesi avantajlarına sahiptirler.

Dezavantajları

• Stirling motorları giriÅŸte ve çıkışta çalışma akışkanı içeren ısı eÅŸanjörü gerektirir. Bu yakıt ekonomisinin saÄŸlanması ve verimlilik optimizasyonu düşünülerek tasarım yapıldığında motorun maliyetini arttırır.
• Stirling motoru, özellikle de küçük sıcaklık farkları ile çalışanlar, ısı eÅŸanjörü nedeni ile oluÅŸturdukları gücün önemli bir kısmını kaybeder.
• Termal verimi maksimize etmek için soÄŸutucu sıcaklığı mümkün olduÄŸu kadar düşük tutulur, bu yüzden harcanan ısının kaybedilmesi güçlük yaratır. Bu sebep Stirling motorunun otomotiv sektöründe yaygınlaÅŸamamasının faktörlerinden biridir.(Gerekli ısı ısıtma sisteminin yeterince motora kombine ve küçük ölçüde olamayışı.)
• Düz Stirling motoru çabuk olarak devreye giremez; sıcaklığın iyice yükselmesi gereklidir. Bu tüm dıştan yanmalı motorlar için geçerlidir fakat diÄŸer dıştan yanmalı motorların ısısnma zamanı Stirling motorununkinden kısadır.
• Güç çıkışı, sabittir ve bir seviyeden diÄŸerine geçmesi çabuk olarak mümkün olmaz.
• Hidrojenin düşük moleküler ağırlığı, onu Stirling motoru için en iyi çalışma gazı yapar. Fakat bu küçük moleküller, motor içinde muhafaza zorluÄŸu ve ilave yardımcı sistemler gerektirir. Bu sistemler gaz kabı gibi basit veya gaz jeneratörü gibi daha karmaşık sistemler olabilir. Her durumda ilave ağırlık, maliyet artışı ve istenmeyen sorunlar oluÅŸturacaktır.

Motorların Sınıflandırılması
Silindir Birleştirme Şekline Göre
Sıralı tip motor, V tipi motor, Boksör tipi motor, Yıldız tipi motor, W tipi motor, H tipi motor
Ateşleme tipine Göre
Buji ile ateşlemeli motorlar, Sıkıştırma ile ateşlemeli motorlar
Kullanılan yakıta göre
Benzinli motor, Dizel motor, LPG'li motor, Doğalgazlı motor
Zamanlama Sistemine Göre
2 Zamanlı motor, 4 Zamanlı motor
Çevrimlerine Göre
Sabit hacim çevrimli motor, Sabit basınç çevrimli motor, Karma çevrimli motor
Silindir Sayılarına Göre
Tek silindirli motorlar, Çok silindirli motorlar
Soğutma Sistemlerine Göre
Hava soğutmalı motor, Su soğutmalı motor
DiÄŸer Tip Motorlar
Gaz türbini, Wankel motoru,Stirling motoru,Serbest pistonlu motorlar
Otomobil Sayfasına Erişim