SVILUPPO E PROTOTIPAZIONE
MOTORE STIRLING
Trieste 03 settembre 2013.
1.1
Ciclo di lavoro
La macchina di Stirling è una macchina a fluido che opera secondo un ciclo termodinamico
chiuso che prevede una compressione ed una espansione, realizzate isotermicamente a due
diversi livelli di temperatura collegate da due trasformazioni isocore rigenerative. Se la
trasformazione di espansione avviene a temperatura più alta di quella relativa alla fase di
compressione si raccoglie lavoro meccanico utile. Come macchina operatrice frigorifera è la
fase di compressione quella caratterizzata da più alta temperatura e quindi il lavoro
meccanico sarà in questo caso assorbito dalla macchina. Come detto, una peculiarità della
macchina di Stirling è il fatto che il moto del fluido che evoluisce è regolato non dalla
presenza di valvole, bensì dalle variazioni dei volumi relativi che compongono lo spazio di
lavoro offerto al fluido stesso e queste variazioni vengono, di norma, causate dal moto di
stantuffi. Con la dizione di macchina di Stirling si indica quindi una gamma assai vasta di
macchine a fluido, motrici ed operatrici, funzionanti in ciclo chiuso, rigenerativo, impiegabili
quali motori primi, pompe di calore, macchine refrigeranti o compressori ed aventi moto
caratteristico di lavoro alternativo o, raramente, rotativo.
2
Fasi del progetto
Alla CPI-ENG è stato commissionato lo sviluppo dell’intero progetto che è stato suddiviso
nelle seguenti fasi.
2.1
Studio preliminare
Nella prima fase di studio sono state prese in considerazione tutte le possibili configurazioni
motore cercando di trovare la soluzione migliore tenendo conto di:
Consumo meccanico minore
Facilità di realizzazione progettuale
Ingombro massimo minimizzato
Modularità dei componenti
Costo per la realizzazione del prototipo
Valutando tutte le alternative è stato scelto di proseguire con una configurazione
paragonabile a un motore tradizionale BOXER.
2.2
Studio 3D motore
La CPI-ENG, utilizzando il programma CAD Pro/Engineer, ha sviluppato lo studio 3D
completo del motore Stirling.
2.3
Sviluppo disegni
Una volta ultimato lo studio di tutti i componenti, siamo passati allo sviluppo dei disegni
costruttivi di ogni singola parte e assieme motore.
2.4
Analisi FEM
Nella fase di design 3D sono state eseguite tutta una seria di analisi FEM sui componenti più
critici quali:
Albero motore
Cilindro
Pistone superiore
Heather
Cooler
Stelo pistone
Biella
L’utilizzo delle analisi FEM ha permesso di ottimizzare tutti i componenti principali
minimizzando il più possibile i pesi e soprattutto i problemi di eventuali rotture in fase di
prototipazione. Qui di seguito riportiamo alcune immagini dei risultati ottenuti.
2.5
Prototipazione
Completata le fasi di sviluppo la CPI-ENG ha affidato ad una azienda esterna la produzione
del primo prototipo da test. Attualmente la società che ha commissionato il progetto sta
ultimando le fasi di sperimentazione e test sul motore che sarà successivamente installato in
un contesto di casa ecosostenibile.
