MACCHINA DI STIRLING
Descrizione:
E’ un motore a combustione esterna a ciclo chiuso, per cui una
massa costante di gas è alternativamente riscaldata, espansa,
raffreddata e compressa.
La macchina di Stirling è capace di ridurre i fattori inquinanti
associati ai gas mal bruciati di un motore a scoppio, visto che per
sviluppare il calore previsto per il suo funzionamento non è
necessario utilizzare i consueti derivati del petrolio, ma anche
altre fonti di calore quali idrogeno e ossigeno, energia solare,
sorgenti radioattive, corrente elettrica ed altro. Si potrebbe
pensare che nell’ambito di una politica economica più attenta ai
problemi dell’ambiente, il motore di Stirling possa ritrovare la
diffusione che aveva nel secolo XIX prima che venisse
soppiantato dai più potenti motori a vapore e a scoppio.
Cosa fare:
Si attiva una sorgente di calore su un fluido termodinamico (in questo caso aria), in modo che, quando il
motore raggiunge un’opportuna differenza di temperatura tra la sorgente calda (a temperatura maggiore)
e quella fredda (a temperatura minore), entra in funzione.
Cosa vedere:
Non ha bisogno di valvole. Le sole parti in movimento sono il pistone di lavoro ed il pistone di spostamento
connessi tra loro a 90 gradi tramite un sistema biella-manovella.
Il pistone di spostamento sposta il gas tra la sorgente calda, dove acquista calore e si espande e la sorgente
fredda, dove cede calore e si contrae.
Queste variazioni di volume del fluido motore determinano il movimento del pistone di lavoro che produce
energia meccanica.
Ciclo termodinamico
Precisamente, il ciclo Stirling ideale, è formato da quattro trasformazioni:
1° fase
fase di espansione: l’aria si espande a temperatura costante;
2° fase
l’aria si raffredda a volume costante;
3° fase
l’aria viene compressa in modo isotermico;
4° fase
l’aria viene di nuovo riscaldata alla temperatura originaria.
Nel motore Stirling, questo processo ideale è realizzato solo in modo approssimativo, poiché i quattro
tempi si sovrappongono. Il gas passa da caldo a freddo già durante la fase di espansione e durante la fase di
compressione l’aria non si trova ancora tutta nella parte fredda del motore.
Il motore Stirling può arrivare a rendimenti anche del 65%, vicini cioè a quello teorico di Carnot, ma con un
salto termico di circa 700°C. Ciò implica una progettazione molto attenta con elevate pressioni e
temperature e quindi alti costi.
Scuola: Liceo scientifico Cannizzaro Palermo
Disciplina/e: fisica
Parole chiave: energia
Ordine di scuola: secondaria di II grado
