VITA
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Understanding los motores Stirling ISBN: EL 0-86619-200-X [C]1984, Voluntarios en la Ayuda Técnica,
PREFACE
Este papel es uno de una serie publicado por Voluntarios en La Ayuda Técnica para proporcionar una introducción a específico las tecnologías innovadoras de interés a las personas desarrollando los países. Se piensa que los papeles son usados como las pautas para ayudar a las personas a escoger tecnologías a que son convenientes sus situaciones. No se piensa que ellos proporcionan la construcción + detalles de aplicación. Se instan a las personas que avisen VITA o una organización similar para la información extensa y el soporte técnica si ellos encuentran que una tecnología particular parece satisfacer sus necesidades.
Los papeles en las series eran escrito, repasaron, e ilustraron casi completamente por VITA Volunteer los expertos técnicos en una base completamente voluntaria. Unos 500 voluntarios estaban envueltos en la producción de los primeros 100 títulos emitida, mientras contribuyendo aproximadamente 5,000 horas de su tiempo. VITA proveen de personal Leslie Gottschalk incluido como el editor primario, Julie Berman la composición manejando y diseńo, y Margaret Crouch como proyecte a gerente.
William Beale, el autor de este papel, es presidente de Sunpower Incorporado. Él ha diseńado, desarrolló, manufacturado, y los motores Stirling comercializados en Bangladesh y otro desarrollo los países, y ha publicado ampliamente en la energía solar el campo. Críticos David M. Berchowitz, Michael F. Feeney, Robert C. Wagman, y Francis E. Woodling también son especialistas en el área. Artista Fred Heltsley tiene una ingeniería el fondo y es un ilustrador técnico profesional adelante un la base del consultor.
VITA es un privado, empresa no ganancial que apoya las personas que trabajan en los problemas técnicos en los países en desarrollo. VITA ofrece la información y ayuda apuntadas a ayudar los individuos y grupos para seleccionar y llevan a cabo las tecnologías apropiado a sus situaciones. VITA mantiene un internacional el Servicio de la pregunta, un centro de la documentación especializado, y una lista informatizada de consultores técnicos voluntarios; maneja los proyectos del campo a largo plazo; y publica una variedad de los manuales técnicos y papeles.
YO. LA INTRODUCCIÓN
Los motores Stirling son artefactos de la combustión externos que usan el aire u otros gases como el fluido activo. Ellos pueden quemar cualquier sólido o el combustible líquido como su fuente de calor. Esto los hace muy atractivo, particularmente en las situaciones dónde convencional los combustibles son caros y duros obtener. Porque algunos tipos de El motor Stirling es tan simple a la hechura y todavía tan eficaz, ellos son las opciones excelentes para la generación de fuerza desarrollando los países.
Este papel describe el motor Stirling básico, así como algunas de las variedades modernas más prometedoras. El intento aquí es familiarizarse a las personas en los países en desarrollo con el el funcionamiento de artefacto y rango de aplicaciones.
LA HISTORIA
El motor Stirling se inventó por el Robert Stirling, un escocés, atienda, en 1816. El motor Stirling temprano tenía una historia de servicio bueno y la vida larga (a a 20 ańos). Era usado como un relativamente el artefacto de water-pumping de de baja potencia del el medio del decimonono siglo a aproximadamente 1920, cuando el el artefacto de la combustión interna y el motor eléctrico reemplazaron él. El artefacto de aire caliente era conocido por su facilidad de funcionamiento; su habilidad dado usar cualquier material del burnable como el combustible; su caja fuerte, sosegue, el funcionamiento ligeramente eficaz; y su durabilidad y los requisitos de mantenimiento bajos. Era muy grande para su pequeńo la potencia desarrollada, sin embargo, y tenía un cost de la compra altos. No obstante, sus cost que opera bajos normalmente justificaron la elección él encima de la máquina de vapor--la única alternativa en el momento-- qué quemó mucho más combustible para el mismo impulse y exigió atención constante para evitar las explosiones peligrosas u otro los fracasos.
La otra desventaja mayor del artefacto de aire caliente temprano era su tendencia a fallar si la cabeza del calentador se pusiera demasiado caliente. This ;as un resultado de la estabilidad térmica relativamente baja del lanzamiento la cabeza del calentador férrica. El problema se superó rediseńando el quemador que impidió al artefacto acalorar. Esto la mejora producía la caja fuerte, pero aun baja, funcionamiento de poder. A pesar de esta mejora, el motor Stirling no pudo compita con la combustión interna más barata, más poderosa el artefacto, y desapareció de la escena comercial.
El advenimiento de más nuevos aceros inoxidables y adelantos en el entendiendo del proceso termodinámico complejo del artefacto la nueva atención traída al artefacto durante y después del Mundo Guerree el II. La actuación del artefacto de aire caliente viejo fue mejorada y su tamańo y cost estaban reducidos. Su simplicidad de la construcción y funcionamiento, y más importante, su habilidad usar los combustibles ásperos fueron retenidos. Estos esfuerzos en el Stirling casi se apuntaron exclusivamente los artefactos a las aplicaciones difíciles eso no era apropiado para los países en desarrollo--a saber, el motor automóvil avanzado, el poder espacial, y los corazones artificiales. Casi ningún esfuerzo se puso en el relativamente la tarea fácil de diseńar un artefacto para los usos ordinarios. Los países muy desarrollados en que el motor Stirling el trabajo era estado haciendo no necesite un artefacto simple, así allí no era ningún incentivo económico para diseńar uno.
Esta situación cambió en 1980, cuando la Agencia americana para El Desarrollo Internacional (USAID) consolidó el desarrollo de un el motor Stirling simple específicamente pensado para la fabricación y usa en los países en desarrollo. El artefacto fue diseńado, construido, probó, y entregado a Bangladesh, y copias de él se construyó y puso allí en el funcionamiento. Esto demostró la Posibilidad de la fabricación del artefacto en el machine simple las tiendas del tipo encontraron en muchas regiones de Africa, Asia, y América Latina.
Como resultado de esto y otros recientes desarrollos, el anteriormente las perspectivas oscuras para la aplicación de motores Stirling en los países en desarrollo ha mejorado enormemente. Los Planes son ahora en el movimiento para traer un nuevo plan del motor Stirling en la producción comercial en un mucho mejoró la forma. Esto la versión moderna será mucho más poderosa para su peso y mucho más eficaz; al mismo tiempo, será como callado, fácil usar, fiable, y escabroso como el artefacto original. Los modelos adicionales, capaz de electricidad generadora, refrescando, el agua bombeando, y no sirviendo de otras maneras útiles posible con el artefacto de aire caliente viejo, también está viniendo en la producción comercial.
NECESIDADES SERVIDAS POR LA TECNOLOGÍA
Aunque el motor Stirling es un machine viejo, moderno, los materiales y métodos del plan lo hacen mucho más atractivo que en la vida antes de. El motor Stirling del cigüeńal-paseo es definitivamente útil a cualquiera que tiene el combustible sólido. Este tipo de El motor Stirling puede quemar cualquier combustible local como su fuente de calor producir electricidad, el agua de la bomba, o realiza el tareas requiriendo la energía mecánica como el proceso de comida.
Machines muy simple que usa el aire atmosférico como el fluido activo puede construirse de los materiales locales como los recipientes metales. Las personas que son inclinadas para probar los tales planes tienen un bueno la oportunidad de éxito.
II. LOS PRINCIPIOS QUE OPERA
LA TEORÍA BÁSICA DE LA TECNOLOGÍA
El ciclo del Stirling se muestra en el diagrama en Figura 1. El
la idea básica es que cuando gasea en un cilindro cerrado se mueve en la parte caliente del cilindro, extiende, su presión los aumentos, y hacer funciona. Cuando el gas mueve en el la parte fría del cilindro, su presión está reducida. Una vez el los alcances de gas la más bajo presión, regresa comprimido a su el volumen original. El gas realiza más trabajo durante su expansión que se exige ser puesto en él durante su condensación. Así, el ciclo entero produce el positivo neto el rendimiento de trabajo.
Así desplegado en Fase 1 de Figura 1, el pistón está fuera (el fondo el punto muerto), y el desplazador es en hasta donde puede ir. El gas está en el espacio frío, y la presión del gas es baja. (La nota que el gas está en la misma presión a cualquier instante en cada parte del artefacto, pero que esta presión está cambiando con time. Porque la presión es baja, el pistón puede ser se instalado para comprimir el gas a la temperatura baja fácilmente. Al final de este proceso de condensación, el artefacto tiene la Fase 2 alcanzada, así desplegado en Figura 1.
Ahora es tiempo para aumentar la presión del gas. Esto no se hace quemando un combustible dentro del gas como se hace en un interior el artefacto de la combustión. El gas se mueve del espacio frío a través de una serie de cambiadores de calor que lo causan para entrar el espacio caliente a una temperatura alta. La nota que el gas en el el calentador, el refrigerador, regenerador, y los espacios calientes y fríos, son siempre a la misma presión a cualquier instante, desde el gas los pasajes de flujo son grandes y no restringen el pasaje de el gas.
Así desplegado en Fase 3 de Figura 1, el gas está comprimido, caliente, y a la presión alta. A estas alturas está listo para extender y para trabajar en el pistón. Como los movimientos del pistón fuera del cilindro, el desplazador mueve con él para guardar tanto del gas como posible en el espacio caliente para que la presión se guarda tan alto como posible para hacer la cantidad máxima de trabajo en el pistón. Esta expansión y el movimiento exterior del el pistón produce el logro de Fase 4, así desplegado en Figure 1.
El próximo paso es reducir la presión del gas moviéndolo de el espacio caliente a través de los cambiadores de calor al espacio frío. Esto se hace moviendo el desplazador de su posición, como mostrado en Fase 4, atrás a su posición interior, así desplegado en Escalone 1. El ciclo está ahora completo. El aviso que el pistón ha extendido el gas moviendo afuera cuando el gas está caliente y a la presión alta, y ha comprimido el gas cuando es frío y a la baja frecuencia. Así, el plan original ha sido cumplido, y el ciclo ha producido el trabajo neto al fuera de.
Para este proceso de la cuatro-fase continuar indefinidamente, el calor, debe agregarse continuamente al cambiador de calor caliente de algunos fuera de la fuente como un fuego o un coleccionista solar, y el frío el extremo debe refrescarse continuamente por un arroyo de agua o aire.
Usted podría preguntarse ahora cómo los movimientos del pistón y el el desplazador es claramente los accomplished, desde el they no puede seguir su propio. La respuesta es que hay dos maneras por lo menos a haga los dos componentes del motor Stirling simple mover como nosotros deseamos: (1) nosotros podemos atarlos a los cigüeńales a través de conectar las varas, como normalmente se hace en los motores de automóvil; o (2) nosotros pueda usar las fuerzas de gas de una manera cuidadosamente diseńada para que ellos haga botar en primaveras de gas, con el desplazador siempre delante del el pistón en su en-y-fuera la oscilación. De los dos métodos, el el uso de cigüeńales llamó el cigüeńal-paseo, o Stirling de la cinemática, es el método fácilmente entendido. El segundo método, qué usa movimientos oscilantes del pistón y desplazador adelante primaveras, se llama el Stirling del libre-pistón. El cigüeńal-paseo El Stirling es más fácil dado entender todavía más difícilmente para hacer, mientras el Stirling del libre-pistón es más duro entender todavía más fácil para hacer en por lo menos algunas de sus formas.
III. DISEŃE LAS VARIACIONES
Esta sección del papel describe una variedad de prometer Los motores Stirling. Da énfasis a sus características físicas, las ventajas y desventajas, aplicaciones, y combustible las eficacias.
LOS TIPOS DE ARTEFACTOS DEL STIRLING
Cigüeńal-maneje el motor Stirling
Un esquemático del motor Stirling del cigüeńal-paseo se muestra en Figure 2, y un motor Stirling del cigüeńal-paseo que bombea el agua es mostrado en Figura 3. Mientras este artefacto es extraordinariamente grande para la cantidad pequeńa de poder (5 kilovatios) produce, es no obstante muy simple a la hechura y opera. No usa el aceite en el cárter de cigüeńal; aquí está importante evitar conseguir el aceite en las piezas móvil calientes del artefacto, porque pudo bloquee el flujo de aire a través de los cambiadores de calor y también cause una explosión. Cualquiera de lo siguiente tres tipos de pueden usarse los rumbos: los cojinetes de rodillos sellados, los cojinetes de bolas, + los bujes del unlubricated hicieron de un plástico como el Teflón. Si necesario, la pelota y cojinetes de rodillos pueden reemplazarse por los cojinetes de muńequilla y selló en la grasa. Desde que el artefacto se presuriza ligeramente, a a sobre las atmósferas (el atm), usa una foca de árbol de cigüeńal simple para guardar el aire en, y una bomba de aire pequeńa para mantener la presión contra el goteo lento más allá de la foca. La bomba de aire así como todos los otros accesorios que necesitan el poder se manejan directamente de el árbol del artefacto rodando.
Otros accesorios que requieren el poder del árbol. es el alimento de la barrena el combustible, el soplador de aire de la combustión, y el agua de refrigeración la bomba y ventilador de radiador.. Con estos accesorios, el artefacto está capaz para trabajar sin el any otra fuente de fuerza, y necesidades sólo alimente para operar.
Las instrucciones de funcionamiento típicas son como sigue:
- Asegúrese el artefacto está en la condición de funcionamiento buena y el depósito de alimentación está lleno de combustible.
- Empiece un fuego en el quemador con encender (por ejemplo, afeitados de madera, secó salga), y opera el soplador de aire a mano hasta el interior del quemador está suficientemente caliente a reciben y encienden el combustible de la alimentación de combustible.
- La mano opera el soplador de aire de la combustión y la barrena de combustible hasta la cabeza del calentador del artefacto alcanza un moderado La temperatura de (aproximadamente 300[degrees]C). El artefacto está ahora listo a empiezan.
- Vuélvase el volante encima de, y el artefacto deba empezar a correr en su propio poder inmediatamente (el arranque fácil es uno del los rasgos buenos de este artefacto).
- Permita un tiempo corto el artefacto para presurizarse y para manejar el quemador hasta que esté en la presión de trabajo llena y temperatura. Durante este tiempo, el artefacto quiere gradualmente crecen más fuertes y más capaces trabajar. La carga puede aumentarse como el artefacto crece más fuerte. Esto pasa automáticamente si el artefacto se ata a las cargas tal como bombas de agua centrífugas o generadores, pero carga tal como las sierras y moliendo el machines tienen la capacidad para tener en establo el artefacto si su carga es demasiado rápidamente aplicada. Si el El artefacto de se tiene en establo, puede reiniciarse inmediatamente por descargándolo y volviéndose el volante de nuevo.
- Una vez el artefacto es arriba a la llena potencia y haciendo su trabajo, el operador sólo necesita guardar el depósito de alimentación de combustible lleno y mantienen una carga. Si la carga está alejada por cualquier razón, que el artefacto acelerará arriba, pero no a un grado dańoso; él alcanzará una velocidad rápidamente a que sus gotas de la potencia desarrollada para poner a cero, y continuará corriendo.
- Cuando es tiempo para cerrar fuera del artefacto, simplemente el cierre de combustible el alimentan y el artefacto vendrá despacio a una parada. Puede ser detuvo más rápidamente cuando quiera a soltando el interior presionan que reduce el poder a un valor bajo.
Hay subsecuentemente muy pocos ajustes críticos de combustible, airee, + flujo de agua, y hay ningún inyector del combustible o system de la chispa, el motor Stirling del cigüeńal-paseo es sumamente fiable y fácil correr. Pero para lograr la actuación máxima él es importante hacer ajustes correctos de estos flujos, qué alguien con sólo un poco la experiencia puede hacer fácilmente,
Debido a su facilidad de funcionamiento, durabilidad, el manufacturability local, y la habilidad dado usar cualquier combustible local como su calor la fuente, el moderno cigüeńal-maneje el motor Stirling es notablemente bien satisfecho para la generación de fuerza en los países en desarrollo. Los Planes para este motor Stirling estarán disponibles de USAID en 1984 o 1985. La producción comercial del artefacto, o versiones de él, se espera que empiece en 1984.
El Artefacto del Libre-pistón simple
Figure 4 retrata un artefacto de libre-pistón de lento-velocidad que es un la versión simple del motor Stirling. Este artefacto casi es el último en simplicidad comparada a otro motor Stirling los planes. Es la configuración del overdriven llamado en qué el desplazador se flota por primaveras y moverá espontáneamente + a o abajo bajo la influencia del fuerza más ligera o perturbación de la presión dentro del el artefacto. La gran ventaja de este arreglo es que el el artefacto no sólo es de arranque automático (sólo requiriendo que un bueno la diferencia de temperatura se establezca entre el caliente y los espacios fríos), pero ajustará a cualquier carga, incluso un completo deteniendo del pistón, y todavía ciclo de arriba abajo. Así, el artefacto es mismo. perdonando y fácil operar. Su comandante la desventaja es que es demasiado grande para su potencia desarrollada pequeńa; esto es porque usa el aire atmosférico como el fluido activo y opera a una muy baja frecuencia. Contrapesando esto la desventaja es la capacidad de alzamiento subida a-mil y eficacia de la bomba del desplazamiento positiva simple que el artefacto puede opere.
Las dimensiones
El desplazador y diámetro del pistón pueden ser el mismo. El el desplazador debe ser por lo menos con tal de que su diámetro, con un la longitud máxima de tres veces su diámetro, y el tapón extremo deba. sea abovedado permitir alguna fuerza contra el derrumbamiento. El abra boquete en entre el desplazador y el cilindro deba ser sobre uno a dos centésima del diámetro, con una preferencia para el hueco menor. En el orden guardar el desplazador centrado, él, debe de haber levantado choques del espesor del hueco que la friega ligeramente contra el cilindro en su sección fría.
La longitud de sección de calentador debe ser aproximadamente uno cuarto del el diámetro del desplazador, y el refrigerador sobre el mismo. Esto hojas uno la mitad del desplazador actuar como un regenerador, qué sirve guardar el calor del aire como él viene de el calentador al refrigerador, y descargos él al aire como él regresa del refrigerador al calentador. Este acción aumenta la eficacia de combustible del artefacto.
El movimiento del desplazador disponible debe ser aproximadamente uno tercero de su longitud.
La vara de paseo de desplazador debe cubrir 15 por ciento aproximadamente del el área del cilindro del desplazador. La vara del paseo debe encajar estrechamente en su manga pero es libre mover.
Los materiales
El material bueno para el desplazador el extremo caliente es cualquier uno del 300 aceros inoxidables de la serie, como 304, 316, o 321. Éstos también se llama 18-8 tipo limpio, el tipo usó cocinando las ollas. El extremo caliente del cilindro del desplazador debe ser de limpio también acere, or posiblemente cerámico si puede hacerse hermético. Claro, si sólo experimentos a corto plazo son el objetivo, entonces la hoja del acero al carbono ordinaria puede usarse para ambos desplazador y cabeza del calentador.
El propio desplazador puede estar bastante delgado, con tal de que un el valve antirretorno se instala en su extremo frío para permitir el el interior para alcanzar la presión del ciclo máxima y quedarse allí. Por otra parte, el desplazador podría derrumbarse bajo la presión. Es también importante para hacer el desplazador descascarar espeso bastante a prevenga su derrumbamiento bajo la presión externa.
El resto del artefacto puede ser de acero, hierro colado, aluminio, + cualquier cosa está localmente disponible, desde que no se expone a el calor. El cuidado debe tenerse para hacer el desplazador tan ligero como es práctico. Por otra parte, responderá para gasear demasiado despacio la presión y no desarrollará la primacía en el movimiento encima del el pistón necesario para lograr el ciclo del Stirling.
El Rendimiento de energía
Un artefacto del libre-pistón simple con un desplazador de diámetro de 60-centímetro, operando a un ciclo por segundo, puede esperarse que produzca aproximadamente 500 vatios de poder (50 litro-meter/sec) de bombeó el agua. Claro, como con cualquier primer esfuerzo, el real el rendimiento podría ser mucho menos.
El Artefacto del libre-cilindro
Otro candidato excelente para el uso en los países en desarrollo es el artefacto del libre-cilindro. Comparte muchas de las virtudes de el motor Stirling del cigüeńal-paseo y es aun más simple a la hechura. Es más, porque es sellado herméticamente, es impenetrable para dańar de los contaminantes externos. Sin embargo, porque es básicamente un machine del rendimiento reciprocando, debe tener algunos la clase de poder-transformar el dispositivo como un paseo del trinquete y la caja de engranajes para proporcionar el movimiento rotatorio si cosas así se necesita. There son muchos usos para el movimiento reciprocando simple, como el agua, bombeando, y en estos usos el artefacto del libre-cilindro está un la opción excelente.
Figure 5 muestras que modelo de un artefacto del libre-cilindro típico usó
como una bomba de agua. El poder se toma del oscilar cilindro de que entra la reacción al movimiento opuesto el pistón pesado dentro de. El desplazador se maneja por el gas presione en su vara que se ata al pistón.
El artefacto del libre-cilindro, como todos los motores Stirling, la lata opere en cualquier fuente de calor. El uso de un permisos de paseo de trinquete el artefacto de libre-cilindro de corto-golpe de alta frecuencia para manejar cualquier carga que requiere un árbol rodando, y así grandemente refuerza su utilidad.
El artefacto del libre-cilindro usó fácilmente como una lata del reciprocator no sólo maneje bombas fluidas pero aire o compresores de gas como bien. También puede manejar las bombas del refrigerante para la preservación de comida.
Empezando el artefacto del libre-cilindro pueden ser automáticos si el el artefacto está en una posición vertical; por otra parte, un frasco ligero es necesario para empezar los movimientos iniciales después de que el el artefacto correrá vigorosamente con tal de que las temperaturas prescribieran para el extremo caliente y el extremo frío del cilindro se mantiene. La temperatura requerida normalmente es de 400 a 700[degrees]C en el extremo caliente y arriba a 100[degrees]C en el refrescar la chaqueta.
Hay sólo dos piezas que mueve subsecuentemente dentro del cilindro, el artefacto del libre-cilindro es aun más fácil hacer que el cigüeńal-maneje motor Stirling descrito antes en este papel. Es más, Desde que el cilindro es sellado herméticamente, el el artefacto no necesita que una bomba de aire o una foca corrediza contengan su gas activo. Por consiguiente, el artefacto puede operar a un alto presione, dice arriba a 15 atm, mientras haciéndolo muy la polvera de bolsillo y barato para su poder.
El motor Stirling doble
El motor Stirling doble es un machine refrescante calor-manejado; es decir, aloja el calor y produce el frío sin producir cualquier otro efecto externo. Es muy simple, casi como simple como la bomba de agua del libre-cilindro, y es muy combustible-eficaz si cuidadosamente diseńó. Figure 6 muestras una sección transversal típica
del motor Stirling doble diseńado como un calor-manejado el refrigerador de comida. Figure 7 muestras él en el funcionamiento.
La idea básica detrás del funcionamiento del Stirling doble el artefacto es que cuando manejado, se vuelve una bomba de calor. En el el Stirling doble, un motor Stirling se usa para manejar un Stirling la bomba de calor. Esto puede hacerse con sólo tres mudanza las partes--el desplazador caliente, el pistón que actúa como el pistón, para el artefacto de calor y el calor bombea, y el desplazador frío. Esta combinación de hechuras de las partes un simple y eficaz calor-maneje bomba de calor que puede descascararse a cualquier tamańo o el límites de temperatura, de las temperaturas muy frías necesario a los liquify airean a las temperaturas apacibles útil para el espacio refrescar.
El motor Stirling doble estará comercialmente disponible dentro de los próximos ańos, probablemente como un portátil, foodstoring el congelador-refrigerador en los tamańos pequeńos.
El Artefacto de Alternador de libre-pistón
Los recientes esfuerzos por desarrollar el artefacto de alternador de libre-pistón ha producido los resultados excelentes. Mientras el artefacto no quiere vuélvase un artículo comercial tan rápidamente como el Stirling del cigüeńal-paseo el artefacto, sólo seguirá con sobre el retraso de un ańo. El uno la mayoría desarrollado en el momento es un machine de rendimiento de 1-kW eso tiene la eficacia de combustible excelente, promete la vida larga, y es muy la polvera de bolsillo. Este machine no es simple, sin embargo, y requiere los procedimientos industriales muy sofisticados y los materiales. Por otro lado, porque es herméticamente sellado, no puede dańarse por cualquier clase de tratamiento áspero, aunque los system del mando y otros auxiliares no son para que invulnerable.
El artefacto de alternador de libre-pistón se satisface con suerte al la tarea de desarrollar electricidad de la energía solar, sobre todo, cuando emparejó a un concentrator de la película plásticos económicos del teclee viniendo en el mercado ahora. Los tales machines están siendo activamente desarrollado arriba en los tamańos a 10 kW, y podría estar disponible en los tamańos aun más grandes por unos ańos. El uno mostrado en Figura 8
tiene un rendimiento del 10-kW.
LOS USOS DEL ARTEFACTO DEL STIRLING
La irrigación con la Biomasa
El motor Stirling del cigüeńal-paseo y el libre-cilindro el artefacto es práctico para la irrigación con la biomasa, con tal de que esa biomasa amplia está disponible para el combustible así como barato labore a alimente el artefacto con el combustible y cuida su funcionamiento. El artefacto del cigüeńal-paseo es práctico de aproximadamente 500 vatios a el tens de kilovatios de poder entregado, pero en el poder anteriormente 3 kW exigirá a una carreta de ruedas transportarlo. El libre-cilindro el artefacto hace una bomba de la irrigación buena arriba a aproximadamente 500 los vatios. Cualquier artefacto puede manejar bien y profundamente ambos poco profundo bien las bombas, así como las bombas de reguera de bajo-alzamiento. También, el eléctrico el pistón libre del generador puede atarse a un eléctrico bombee para este servicio.
La Generación de electricidad--los Tamańos Pequeńos--el combustible sólido
El motor Stirling del cigüeńal-paseo y el libre-pistón el artefacto del alternador es práctico para este uso. El libre-pistón el artefacto del alternador tiene la ventaja de ruido muy bajo y la vida larga, pero es más difícil reparar en el campo. El cigüeńal-paseo El motor Stirling es simple, fácil reparar, y más barato, y puede fabricarse en los talleres de reparaciones simples; sin embargo, él no es como el combustible eficaz.
La Generación de electricidad--el Pueblo Power--el combustible sólido
Aquí de nuevo, el motor Stirling del cigüeńal-paseo y el el artefacto de alternador de libre-pistón serviría para cualquier poder a a aproximadamente 100 kW. Los motores Stirling de potencia desarrollada superior no son probablemente en el futuro cercano, aunque siempre es posible a combine las unidades menores en una unidad superior para más poder.
En esta aplicación, la asistencia constante se requiere a asegure el funcionamiento apropiado de la alimentación de combustible y otros auxiliares. Los derivados útiles incluyen el agua caliente del refrescar el system y ceniza del quemador.
Grano que Procesa--el Grano Gasta como el Combustible
Ésta es una aplicación ideal debido a la disponibilidad de el derivado de la biomasa como el combustible para el artefacto. Los USAID-consolidamos, el artefacto de aire caliente simple, referenced más temprano en esto empapele como se habido desarrollado para la fabricación en Bangladesh, es un ejemplo excelente. Figure 9 muestra este artefacto de aire caliente
arroz del millng. Quema la cáscara del arroz producida por el molino él los paseos. Sólo un fragmento de la cáscara producido por el molino es necesitado alimentar el artefacto, las cantidades tan amplias se salen encima de para el artefacto para usar mientras bombeando el agua de la irrigación para el próximo la cosecha de arroz. En por aquí, energía solar, en la forma de biomasa, se usa como la energía primaria entrada para el arroz-crecimiento procese, y ningún combustible externo es necesario.
Power solar
Es importante reconocer que el motor Stirling sea un machine. a alta temperatura no puede correr bien adelante el bajo las temperaturas disponible del plato llano simple los coleccionistas solares. Debe usar un concentrador, mientras sol-rastreando al coleccionista solar. Este dispositivo agrega considerablemente al cost y mantenimiento los requisitos del system. También, tal un dispositivo hace no haga el uso del componente difuso de energía solar, sólo, el componente directo. Así que el sol aneblado no es bueno bastante. Luminoso, se necesitan los cielos despejados antes del coleccionista concentrador desarrolle la temperatura alta necesario operar el El motor Stirling. Por todas estas razones, systems del Stirling el concentrador usando, sol-rastreando a los coleccionistas solares serán los and mucho más caros requerirán más cuidado en su el funcionamiento que aquéllos que usan el combustible como su fuente de calor.
Con esas reservaciones en la mente, tiene razón seńalar que hay situaciones en que el tal systems solar-manejado es digno de consideración: donde la intensa luz del sol es el gobierne dónde no hay ninguna biomasa disponible y ninguno el derivable de los efectos del artefacto (como allí sería en el futuro si el artefacto estuviera irrigando un anteriormente el área del desierto), y donde el cost del artefacto, el coleccionista, el perseguidor, la montańa, y el mantenimiento no es de eso prohibitivo. Tal una situación pueda existir donde varios kilovatios de electricidad es necesitado, y el cost de systems fotovoltaico es demasiado alto. Él es probable que un system eléctricos solares basaron en un libre-pistón El motor Stirling manda menos considerablemente al cost por el vatio entregado que legue un system fotovoltaico en el kilovatio el rango de poder.
Una nota admonitoria en el systems del Stirling solar: aunque el El motor Stirling estará comercialmente disponible en uno o dos ańos, los coleccionistas concentradores y sus auxiliares son todavía alguna distancia fuera de la producción. Para todos éstos las razones, es probable que los systems del motor Stirling solares sean mucho más costoso que otros systems exceptúan dónde nada más es disponible, como podría ser el caso en las zonas del desierto extremas.
La mayoría de las veces, un sistema solar directo es menos práctico que uno que usa la biomasa crecido con la ayuda de irrigación con tal de que por el artefacto. Por esto significa, tierra que habría por otra parte crezca que nada podría hacerse producir la comida plausiblemente así como el combustible para la bomba irrigando. Simplemente ponga, un campo de cizańas, segó la mies para ser quemado en el artefacto, es un mucho más fácil dirija al poder solar que un system ópticos detallados, monte, y perseguidor. Y cizańas, diferente el sol, no esconda detrás nubes o se marcha por la noche.
ALIMENTE LA POTENCIA DESARROLLADA DE AND DE EFICACIA
Es probable que el motor Stirling queme 10 kilogramos aproximadamente (el kg) por el kilovatio-hora (el kWh) de combustible de la biomasa, y 6 kg/kWh de el carbón. Esto está menos del rate de consumo de combustible de pequeńo las máquinas de vapor. Dependiendo de qué bien un operador guía el el machine, este rate ardientes pueden variar tanto fácilmente como 20 el por ciento, a o abajo; con bien-diseńó y bien-asistió los artefactos, podría ser tan pequeńo como medio tanto.
La potencia desarrollada por la unidad de peso varía grandemente con el el plan. Generalmente, va de aproximadamente .04 Kw/Kg para un simple cigüeńal-maneje a modelo a aproximadamente .07 Kw/Kg para un anuncio el artefacto de alternador de libre-pistón de alta tecnología.
IV. COMPARANDO LAS ALTERNATIVAS
El motor Stirling es capaz de aceptar el calor de cualquiera la fuente sobre aproximadamente 400[degrees]C y convirtiendo parte del calor en el trabajo útil. Esto lo hace capaz de una variedad ancha de usos. Qué de ellos es práctico y consideración de valor en la comparación żcon las otras fuentes de energía mecánica?
Si los combustibles convencionales y machines están disponibles y satisfactorios, probablemente no es práctico considerar reemplazando ellos con un motor Stirling. Sólo cuando gasolina o diesel o limpie los combustibles gaseosos son escasos, caros, o por otra parte poco atractivo, y cuando la combustión interna del chispa-ignición artefacto o el motor diesel también es calzón vivido o demasiado caro mantener o comprar, es él sensato considerar el la aplicación del motor Stirling. Si usted considera introduciendo el motor Stirling, usted debe evaluar cuidadosamente su la disponibilidad, las características de la actuación probadas, y economía, para que no el resultado de desilusión.
LOS COMPETIDORES DEL ARTEFACTO DEL STIRLING
La competición para el motor Stirling es la combustión interna el artefacto, incluso el funcionamiento de los motores del chispa-ignición, en la gasolina, embrague electromagnético, alcohol, biogas, o gas pobre, y el motor diesel que corre en el combustible del diesel, o una mezcla de el diesel y otro gaseoso o combustibles líquidos. El varios solar los dispositivos celulares así como la máquina de vapor también es considerada para ser la competición para el motor Stirling.
El motor Stirling el más probablemente es ser la opción buena donde el requerimiento de energía está entre 100 vatios y 20 kW, y algunos ordenan de biomasa, el carbón, o la turba está disponible como el combustible. Si gaseoso o el combustible líquido está prontamente disponible, un propiamente es probable que el artefacto de la combustión interna adaptado sea más barato, por lo menos en la carrera corta, aunque, dependiendo del pariente el cost de los combustibles, el motor Stirling podría ser más barato a la larga, debido para bajar mantenimiento y coste de combustible.
Porque el motor Stirling sólo ha sido el reintroduced recientemente, es difícil proyectar el coste de la compra relativo de los varios tipos de machines del Stirling. Es probable que el motor Stirling lega el cost más del chispa-ignición el artefacto de la combustión interna, y aproximadamente igual que un slowspeed el motor diesel de la misma calidad. Pero el Stirling es probable que el artefacto tenga el más bajo coste de mantenimiento que o de éstos debido a su gran simplicidad.
El Artefacto del gas pobre como un Competidor del Stirling El artefacto
Los funcionamientos de los motores del gas pobre en el gas por medio de un biomasa-a-gas el conversor llamó un generador del gas pobre. El artefacto usando el gas pobre pueden ser un motor a gasolina reconstruido o un el motor diesel usando el gas pobre principalmente pero también requiriendo un la cantidad pequeńa de combustible del diesel como el quemador para el gas pobre. Desde que esta combinación puede de hecho haga la misma cosa como un El motor Stirling--es decir, desarrolle la energía mecánica de madera y otra biomasa--uno se compele para preguntar si el Stirling el artefacto tiene alguna ventaja encima de la combinación de productor el generador de gas y la combustión interna convencional el artefacto. En algunos casos, la respuesta está sí.
El motor Stirling tiene tres ventajas: (1) puede quemar los combustibles con el contenido en cenizas alto como las cáscaras de arroces que el los system del gas pobre no pueden; (2) desde los productos de la combustión no entre en el motor Stirling, ellos no requieren ninguna limpiadura, en contraste con el artefacto de combustión interna de gas pobre; y (3) el motor Stirling, en la combinación con un simple el quemador de combustible forjado, es un muy más simple y más sin mantenimiento el system que la combinación de generador del gas pobre, el system de la limpiadura, y artefacto de la combustión interna.
El motor Stirling da alcance al system del motor de gas pobre si el combustible a ser usado no es de veneno, como arroz, las cáscaras, y si el cost de mantener el system de la ignición, el system inyección, la lubricación, y otro relativamente delicado los componentes del artefacto de la combustión interna y el generador de gas es un problema, como él tan a menudo es.
La máquina de vapor como un Competidor del motor Stirling
Es lógico considerar la máquina de vapor como la competición natural para el motor Stirling, como él de hecho estaba en el momento Rev. El Stirling lo inventó. En ese momento la máquina de vapor estaba el productor de poder dominante, considerando que el motor Stirling era más combustible eficaz, y muy más seguro desde que es casi imposible para causar un motor Stirling para soplar arriba, y más bien fácil para hacer con una máquina de vapor. También en ese momento, el grande la desventaja del motor Stirling era la temperatura pobre la resistencia de la cabeza del calentador hierro colado.
Hoy, la situación es diferente. La máquina de vapor tiene entrado en el desuso, y el Stirling tiene el leapt delante en la actuación, la vida, y disponibilidad. Con el uso de series 300 el acero inoxidable, un material normalmente disponible, hay no más mucho tiempo el peligro de calentador el fracaso de cabeza, por lo menos debajo de 700[degrees]C, qué un combuster del combustible sólido normal produce adelante un el motor Stirling corriente. Y es factible hacer el la cabeza del calentador de cerámica, sobre todo en muy de baja presión los artefactos como el libre-pistón simple riegan el bombeador.
Por consiguiente, para las aplicaciones del de baja potencia debajo de varios tens de los kilovatios, es probable que el motor Stirling sea mucho más combustible eficaz, muy más fácil operar, muy más seguro, y requiere mucho menos mantenimiento. También es probable al cost menos, desde que el motor Stirling tiene tan alguno parte y el tal simple en la comparación a la máquina de vapor. Por ejemplo, el Stirling el artefacto no necesita ningún valves, considerando que la máquina de vapor requiere muchos en cada uno de que debe trabajar incansablemente un caliente, el ambiente corrosivo.
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