VITA
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Understanding Máquinas de Stirling ISBN: 0-86619-200-X [C]1984, Voluntários em Ajuda Técnica,
PREFACE
Este papel é um de uma série publicada por Voluntários dentro Ajuda técnica para prover uma introduçăo para específico tecnologias de estado-de-o-arte de interesse para pessoas desenvolvendo países. É pretendida que os documentos săo usados como diretrizes ajudar para as pessoas a escolher tecnologias para as que săo satisfatórias as situaçőes deles/delas. Năo é pretendida que eles provęem construçăo ou detalhes de implementaçăo. Săo urgidas para as pessoas que contatem VITA ou uma organizaçăo semelhante para informaçăo adicional e ajuda técnica se eles acham que uma tecnologia particular parece satisfazer as necessidades deles/delas.
Foram escritos os documentos na série, foram revisados, e foram ilustrados quase completamente por VITA Volunteer os peritos técnicos em uma base puramente voluntária. Uns 500 voluntários eram envolvidos na produçăo dos primeiros 100 títulos emitida, enquanto contribuindo aproximadamente 5,000 horas do tempo deles/delas. VITA provęem de pessoal Leslie Gottschalk incluído como editor primário, Julie Berman typesetting controlando e plano, e Margaret Crouch como projete o gerente.
William Beale, autor deste papel, é o presidente de Sunpower Incorporada. Ele projetou, desenvolveu, fabricou, e máquinas de Stirling comercializadas Bangladesh e outro desenvolvendo países, e publicou amplamente na energia solar campo. Revisores David M. Berchowitz, Michael F. Feeney, Robert C. Wagman, e Francis E. Woodling também săo os especialistas na área. Artista Fred Heltsley tem uma engenharia fundo e é um ilustrador técnico profissional em um base de consultor.
VITA é uma organizaçăo privada, sem lucro que apóia pessoas que trabalham em problemas técnicos em países em desenvolvimento. VITA oferece informaçăo e ajuda apontadas a ajudar os indivíduos e grupos para selecionar e implementam tecnologias destine ŕs situaçőes deles/delas. VITA mantém um internacional Serviço de investigaçăo, um centro de documentaçăo especializado, e uma lista computadorizada de consultores técnicos voluntários; administra campo a longo prazo projeta; e publica uma variedade de manuais técnicos e documentos.
EU. INTRODUÇĂO
Máquinas de Stirling săo máquinas de combustăo externas que usam ar ou outros gases como fluido trabalhando. Eles podem queimar qualquer sólido ou combustível líquido como a fonte de calor deles/delas. Isto os faz mesmo atraente, particularmente em situaçőes onde convencional combustíveis săo caros e duros obter. Porque alguns tipos de Máquina de Stirling é tăo simples fazer e ainda tăo efetivo, eles săo escolhas excelentes para geraçăo de poder desenvolvendo países.
Este papel descreve a máquina de Stirling básica, como também algumas das variedades modernas mais promissoras. A intençăo aqui é se familiarizar as pessoas em países em desenvolvimento com o a operaçăo de máquina e gama de aplicaçőes.
HISTÓRIA
A máquina de Stirling foi inventada por Robert Stirling, um escocęs auxilie, em 1816. A máquina de Stirling cedo teve uma história de serviço bom e vida longa (até 20 anos). Era usada como um relativamente baixo-poder que água-bombeia máquina do meio do décimo nono século para aproximadamente 1920, quando o máquina de combustăo interna e o motor elétrico substituíram isto. A máquina de quente-ar era conhecida por sua facilidade de operaçăo; sua habilidade para usar qualquer material de burnable como combustível; sua caixa forte, aquiete, operaçăo moderadamente eficiente; e sua durabilidade e baixas exigęncias de manutençăo. Era muito grande para seu pequeno porém, produçăo de poder e teve um custo de compra alto. Năo obstante, seu baixo custo operacional normalmente justificou escolhendo isto em cima da máquina a vapor--a única alternativa na ocasiăo-- que queimou muito mais combustível para o mesmo dę poder a e exigiu atençăo constante para evitar explosőes perigosas ou outro fracassos.
A outra desvantagem principal da máquina de quente-ar cedo era sua tendęncia para falhar se a cabeça de aquecedor se pusesse muito quente. This ;as um resultado da relativamente baixa resistęncia de calor do elenco cabeça de aquecedor férrea. O problema foi superado redesenhando o queimador que impediu para a máquina de aquecer demais. Isto melhoria resultou em caixa forte, mas até abaixa, operaçăo de poder. Apesar desta melhoria, năo pôde a máquina de Stirling compita com a combustăo interna mais barata, mais poderosa máquina, e desapareceu da cena comercial.
O advento de aços imaculados mais novos e avança dentro o entendendo do processo termodinâmico complexo da máquina atençăo nova trazida para a máquina durante e depois de Mundo Guerra II. O desempenho da máquina de quente-ar velha foi melhorado e seu tamanho e custo estavam reduzidos. Sua simplicidade de construçăo e operaçăo, e mais importante, sua habilidade usar combustíveis ásperos foram retidas. Estes esforços em Stirling quase foram apontadas exclusivamente máquinas a aplicaçőes difíceis isso năo era apropriado para países em desenvolvimento--isto é, a máquina automóvel avançada, poder espacial, e coraçőes artificiais. Quase nenhum esforço foi posto no relativamente tarefa fácil de projetar uma máquina para usos ordinários. Os países altamente desenvolvidos em qual a máquina de Stirling trabalho estava sendo terminado năo precise de uma máquina simples, assim lá era nenhum incentivo econômico para projetar um.
Esta situaçăo mudou em 1980, quando a Agęncia norte-americana para Desenvolvimento internacional (USAID) fundou o desenvolvimento de um máquina de Stirling simples especificamente pretendida para fabrica e usa em países em desenvolvimento. A máquina foi projetada, construída, testou, e entregou para Bangladesh, e cópias disto foi construída e pôs lá em operaçăo. Isto demonstrou a Possibilidade da máquina fabrique em máquina simples lojas do tipo acharam em muitas regiőes de África, Ásia, e América Latina.
Como resultado disto e outros recentes desenvolvimentos, o antigamente prospectos escuros para a aplicaçăo de máquinas de Stirling em países em desenvolvimento melhorou enormemente. Planos săo agora em movimento trazer um desígnio novo da máquina de Stirling em produçăo comercial em um muito melhorou forma. Isto versăo moderna será muito mais poderosa para seu peso e muito mais eficiente; ao mesmo tempo, será como quieto, fácil usar, seguro, e áspero como a máquina original. Modelos adicionais, capaz de eletricidade geradora, esfriando, água bombeando, e năo servindo de outros modos úteis possível com a máquina de quente-ar velha, também está vindo em produçăo comercial.
NECESSIDADES SERVIDAS PELA TECNOLOGIA
Embora a máquina de Stirling é uma máquina velha, moderno, materiais e métodos de desígnio fazem isto muito mais atraente que já antes de. O manivela-passeio que máquina de Stirling definitivamente é útil a qualquer um que tem combustível sólido. Este tipo de Máquina de Stirling pode queimar qualquer combustível local como sua fonte de calor produzir eletricidade, água de bomba, ou executa tarefas requerendo poder mecânico como processo de comida.
Máquinas muito simples que usam ar atmosférico como fluido trabalhando pode ser construída de materiais locais como recipientes de metal. Pessoas que săo inclinadas para tentar tais desígnios tęm um bem chance de sucesso.
II. PRINCÍPIOS OPERACIONAIS
TEORIA BÁSICA DA TECNOLOGIA
O ciclo de Stirling é mostrado no diagrama em Figura 1. O
idéia básica é que quando supre com gás em um cilindro fechado é movida na parte quente do cilindro, se expande, sua pressăo aumentos, e fazer trabalha. Quando o gás move no parte fria do cilindro, sua pressăo está reduzida. Uma vez o gás alcança a mais baixa pressăo, está de volta comprimido para seu volume original. O gás executa mais trabalho durante sua expansăo que é exigida ser posta nisto durante sua compressăo. Assim, o ciclo inteiro resulta no positivo líquido produçăo de trabalho.
Como mostrada em Fase 1 de Figura 1, o pistăo está fora (fundo centro morto), e o displacer está dentro até onde pode ir. O gás está no espaço frio, e a pressăo de gás é baixa. (Nota que o gás está ŕ mesma pressăo a qualquer imediato em toda parte da máquina, mas que esta pressăo está mudando com time. Porque a pressăo é baixa, o pistăo pode ser se mudada para comprimir o gás ŕ baixa temperatura facilmente. Ao término deste processo de compressăo, tem a máquina Fase 2 alcançada, como mostrada em Figura 1.
Agora está na hora para aumentar a pressăo de gás. Isto năo é terminado queimando um combustível dentro do gás como é terminado dentro um interno máquina de combustăo. O gás é movido do espaço frio por uma série de exchangers de calor que faz isto entrar + espaço quente a uma temperatura alta. Nota que o gás no aquecedor, refrigerador, regenerador, e espaços quentes e frios, săo sempre ŕ mesma pressăo a qualquer imediato, desde o gás passagens de fluxo săo grandes e năo restringem a passagem de + gás.
Como mostrada em Fase 3 de Figura 1, o gás está comprimido, quente, e a pressăo alta. Neste momento está pronto se expandir e trabalhar no pistăo. Como os movimentos de pistăo fora do cilindro, + displacer move com isto para manter como muito do gás como possível no espaço quente de forma que a pressăo é mantida tăo alto quanto possível para fazer a quantia de máximo de trabalho no pistăo. Esta expansăo e movimento externo do pistăo resulta no conseguimento de Fase 4, como mostrada dentro Figure 1.
O próximo passo é reduzir a pressăo de gás movendo isto de + espaço quente pelo exchangers de calor para o espaço frio. Isto é terminado movendo o displacer de sua posiçăo, como mostrada em Fase 4, atrás para sua posiçăo dentro, como mostrada dentro Fase 1. O ciclo está agora completo. Note que o pistăo ampliou o gás movendo externo quando o gás estiver quente e a pressăo alta, e comprimiu o gás quando for frio e a baixa pressăo. Assim, o plano original foi realizado, e o ciclo produziu trabalho líquido para o fora de.
Para este processo de quatro-fase continuar indefinidamente, calor, deve ser acrescentada continuamente ao exchanger de calor quente de alguns fora de fonte como um fogo ou um coletor solar, e o resfriado fim deve ser esfriado continuamente por um fluxo de água ou ar.
Vocę poderia desejar saber agora como os movimentos do pistăo e o displacer săo claramente accomplished, desde they năo pode se mudar + próprio deles/delas. A resposta é que há dois modos pelo menos para faça os dois componentes do Stirling máquina movimento simples como nós desejamos: (1) nós podemos os prender a manivelas por conectar varas, como é geralmente terminado em máquinas automóvel; ou (2) nós possa usar forças de gás de um modo cuidadosamente projetado de forma que eles salte em primaveras de gás, com o displacer sempre ŕ frente do pistăo em seu em-e-fora oscilaçăo. Dos dois métodos, o uso de manivelas chamado o manivela-passeio, ou kinematic Stirling, é o mais facilmente método compreendido. O segundo método, que usa oscilando movimentos do pistăo e displacer em fontes, é chamada o livre-pistăo Stirling. O manivela-passeio Stirling é mais fácil de ainda entender mais duro fazer, enquanto + livre-pistăo Stirling é mais difícil de ainda entender mais fácil fazer em pelo menos algumas de suas formas.
III. PROJETE VARIAÇŐES
Esta seçăo do papel descreve uma variedade de prometer Máquinas de Stirling. Enfatiza as características físicas deles/delas, vantagens e desvantagens, aplicaçőes, e combustível eficięncias.
TIPOS DE MÁQUINAS DE STIRLING
Manivela-dirija Máquina de Stirling
Um esquemático do manivela-passeio máquina de Stirling é mostrada dentro Figure 2, e um manivela-passeio que máquina de Stirling que bombeia água é mostrada em Figura 3. Enquanto esta máquina é extraordinariamente grande para a quantia pequena de poder (5 quilowatts) produz, é năo obstante muito simples fazer e operar. Năo usa nenhum óleo no cárter; aqui está importante para evitar adquirir óleo nas partes de funcionamento quentes da máquina, porque pôde bloqueie o fluxo de ar pelo exchangers de calor e também cause uma explosăo. Qualquer do seguinte tręs tipos de podem ser usados portes: portes de rolo lacrados, rolamento de esferas, ou bushings de unlubricated fizeram de um plástico como Teflon. Se necessário, a bola e portes de rolo podem ser substituídos por portes de diário e lacrado em graxa. Desde que a máquina é pressurizada ligeiramente, até sobre atmosferas (atm), usa um selo de cabo de manivela simples para manter + ar em, e uma bomba de ar pequena para manter a pressăo contra vazamento lento além do selo. A bomba de ar como também todos os outros acessórios que precisam de poder săo dirigidos diretamente de + cabo de máquina giratório.
Outros acessórios que requerem poder de cabo. é a alimentaçăo de verruma + combustível, o soprador de ar de combustăo, e a água refrescante bomba e fă de radiador.. Com estes acessórios, está a máquina capaz trabalhar sem any outra fonte de poder, e necessidades só abasteça para operar.
Instruçőes operacionais típicas săo como segue:
- Tenha certeza a máquina está em condiçăo operacional boa e que o saltador está cheio de combustível.
- Comece um fogo no queimador com acender (por exemplo, cavacos de madeira, secou folhas), e opera o soprador de ar ŕ măo até o interior do queimador está suficientemente quente para recebem e acendem o combustível do alimento de combustível.
- Măo opera o soprador de ar de combustăo e a verruma de combustível até a cabeça de aquecedor da máquina alcança um moderado Temperatura de (aproximadamente 300[degrees]C). A máquina está agora pronta para começam.
- Inverta o flywheel, e a máquina deva começar a correr em seu próprio poder imediatamente (começar fácil é um do melhores características desta máquina).
- Permita pouco tempo para a máquina se pressurizar e para dirigir o queimador até que está a pressăo operacional cheia e temperatura. Durante este tempo, vai a máquina gradualmente crescem mais fortes e mais capazes trabalhar. A carga pode ser aumentado como a máquina cresce mais forte. Isto acontece automaticamente se a máquina é prendida a cargas tal como bombas de água centrífugas ou geradores, mas carrega tal como serras e moendo máquinas tęm a capacidade para protelar a máquina se a carga deles/delas é muito depressa aplicada. Se o Máquina de é protelada, pode ser reiniciado imediatamente por descarregando isto e virando o flywheel novamente.
- Uma vez a máquina está até poder completo e fazendo seu trabalho, o operador só precisa manter o saltador de combustível cheio e mantęm uma carga. Se a carga é afastada por qualquer razăo, para cima o que a máquina acelerará, mas năo para um grau prejudicial; isto alcançará uma velocidade depressa a qual suas gotas de produçăo de poder para zerar, e continuará correndo.
- Quando está na hora para fechar fora a máquina, simplesmente corte o abastecem e a máquina virá lentamente a uma parada. Pode ser parou mais depressa qualquer hora a libertando o interno pressionam que reduz o poder a um baixo valor.
Desde entăo há muito poucos ajustes críticos de combustível, areje, ou fluxo de água, e há nenhum injector de combustível ou sistema de faísca, + manivela-passeio máquina de Stirling está extremamente segura e fácil correr. Mas para alcançar desempenho de máximo isto é importante para fazer ajustes corretos destes fluxos, + qual alguém com só uma pouca experięncia pode fazer facilmente,
Por causa de sua facilidade de operaçăo, durabilidade, manufacturability local, e a habilidade para usar qualquer combustível local como seu calor fonte, o moderno manivela-dirija máquina de Stirling é notavelmente bem servida para geraçăo de poder em países em desenvolvimento. Planos para esta máquina de Stirling estarăo disponíveis de USAID em 1984 ou 1985. Produçăo comercial da máquina, ou versőes disto, é esperada que comece em 1984.
Máquina de Livre-pistăo simples
Figure 4 retrata uma máquina de livre-pistăo de lento-velocidade que é um versăo simples da máquina de Stirling. Esta máquina quase é + último em simplicidade comparada a outra máquina de Stirling desígnios. É a configuraçăo extenuada denominada dentro + qual o displacer é flutuado antes de primaveras e é movido espontaneamente ou para cima ou debaixo da influęncia do força mais leve ou perturbaçăo da pressăo dentro do máquina. A grande vantagem deste arranjo é que o máquina năo só está ego-começando (só requerendo que um bem diferença de temperatura seja estabelecida entre o quente e espaços frios), mas ajustará a qualquer carga, até mesmo um completo parando do pistăo, e ainda ciclo para cima e para baixo. Assim, a máquina é mesma. perdoando e fácil operar. Sua especializaçăo desvantagem é que é muito grande para sua produçăo de poder pequena; isto é porque usa ar atmosférico como fluido trabalhando e opera a uma muito baixa freqüęncia. Contrabalançando isto desvantagem é a capacidade de elevador muito alta e eficięncia da bomba de deslocamento positiva simples que a máquina pode opere.
Dimensőes
O displacer e diâmetro de pistăo podem ser o mesmo. O displacer deveriam ser pelo menos contanto que seu diâmetro, com um comprimento de máximo de tręs vezes seu diâmetro, e o boné de fim deva. seja cupulado para permitir um pouco de força contra colapso. O abra brecha entre o displacer e o cilindro deveria estar aproximadamente um a dois hundredths do diâmetro, com uma preferęncia para a abertura menor. Para manter o displacer centrado, isto deveria ter elevado inchaços das densidades de abertura que esfregam ligeiramente contra o cilindro em sua seçăo fria.
O comprimento de seçăo de aquecedor deveria ser aproximadamente um quarto do diâmetro de displacer, e o refrigerador sobre o mesmo. Isto folhas um a metade do displacer agir como um regenerador, que serve armazenar o calor do ar como vem de + aquecedor para o refrigerador, e liberta isto ao ar como isto volta do refrigerador ao aquecedor. Esta açăo aumenta a eficięncia de combustível da máquina.
O movimento de displacer disponível deveria ser aproximadamente um terço de seu comprimento.
O displacer dirigem vara deveria cobrir 15 por cento aproximadamente do área do cilindro de displacer. A vara de passeio deveria ajustar de perto em sua manga mas é livre mover.
Materiais
O melhor material para o displacer fim quente é qualquer um do 300 série aços imaculados, como 304, 316, ou 321. Estes também é chamada 18-8 tipo imaculado, o tipo usou cozinhando panelas. O fim quente do cilindro de displacer deve ser de imaculado também acere, or possivelmente cerâmico se pode ser feito hermético. Claro que, se só experięncias a curto prazo săo a pontaria, entăo folha de aço de carbono ordinária pode ser usada para ambos o displacer e cabeça de aquecedor.
O próprio displacer pode estar bastante magro, contanto que um válvula de non-retorno é instalada em seu fim frio para permitir o interior para alcançar a pressăo de ciclo de máximo e ficar lá. Caso contrário, o displacer poderiam se desmoronar debaixo de pressăo. É também importante fazer o displacer descascar grosso bastante para previna seu colapso debaixo de pressăo externa.
O resto da máquina pode ser de aço, ferro de elenco, alumínio, ou tudo que está localmente disponível, desde que năo é exposto calor. Deveria ser tomado cuidado para fazer o displacer como ilumine como é prático. Caso contrário, responderá para suprir com gás muito lentamente pressăo e năo desenvolverá a dianteira em movimento em cima do pistăo necessário realizar o ciclo de Stirling.
Produçăo de energia
Uma máquina de livre-pistăo simples com um 60-cm displacer de diâmetro, operando a um ciclo por segundo, pode ser esperada que produza aproximadamente 500 watts de poder (50 litro-meter/sec) de bombeou água. Claro que, como com qualquer primeira tentativa, o atual produçăo poderia ser muito menos.
Máquina de livre-cilindro
Outro candidato excelente para uso em países em desenvolvimento é a máquina de livre-cilindro. Compartilha muitas das virtudes de + manivela-passeio máquina de Stirling e é até mais simples fazer. Além disso, porque é hermeticamente lacrado, é impérvio danificar de contaminantes externos. Porém, porque é basicamente uma máquina de produçăo reciprocando, tem que ter alguns tipo de poder-transformar dispositivo como um passeio de catraca e gearbox para prover movimento rotativo se tal é precisada. There săo muitos usos para movimento reciprocando simples, como água, bombeando, e nestes usos está a máquina de livre-cilindro um escolha excelente.
Figure 5 espetáculos que um modelo de uma máquina de livre-cilindro típica usou como uma bomba de água. O poder é levado do oscilar cilindro do qual se muda para reaçăo ao movimento oposto + pistăo pesado dentro de. O displacer é dirigido pelo gás pressione em sua vara que é prendida ao pistăo.
A máquina de livre-cilindro, como todas as máquinas de Stirling, lata opere em qualquer fonte de calor. Uso de umas licenças de passeio de catraca a alto-freqüęncia curto-golpe livre-cilindro máquina para dirigir qualquer carga que requer um cabo giratório, e assim grandemente aumenta sua utilidade.
A máquina de livre-cilindro usou facilmente como uma lata de reciprocator năo só dirija bombas fluidas mas ar ou compressores de gás como bem. Também pode dirigir bombas de refrigerante para preservaçăo de comida.
Começando a máquina de livre-cilindro podem ser automáticos se o máquina está em uma posiçăo vertical; caso contrário, um jarro leve é necessário começar os movimentos iniciais depois de qual o máquina correrá vigorosamente contanto que as temperaturas prescrevessem para o fim quente e o fim frio do cilindro é mantida. A temperatura requerida normalmente é de 400 para 700[degrees]C no fim quente e até 100[degrees]C no esfriar jaqueta.
Desde entăo há só duas partes de mudança dentro do cilindro, a máquina de livre-cilindro é até mais fácil fazer que o manivela-dirija máquina de Stirling descrita mais cedo neste papel. Além disso, Desde que o cilindro é hermeticamente lacrado, o máquina năo precisa de uma bomba de ar ou um selo corrediço para conter seu gás de funcionamento. Entăo, a máquina pode operar a um alto pressione, diz até 15 atm, enquanto fazendo isto muito compacto e barato para seu poder.
Máquina de Stirling dúplex
A máquina de Stirling dúplex é uma máquina refrescante calor-dirigida; quer dizer, leva em calor e produz resfriado sem produzir qualquer outro efeito externo. É muito simples, quase como simples como a bomba de água de livre-cilindro, e é muito combustível-eficiente se cuidadosamente projetou. Figure 6 espetáculos um corte transversal típico
da máquina de Stirling dúplex projetada como um calor-dirigida refrigerador de comida. Figure 7 espetáculos isto em operaçăo.
A idéia básica atrás da operaçăo do Stirling dúplex máquina é que quando dirigida, se torna uma bomba de calor. No Stirling dúplex, uma máquina de Stirling é usada para dirigir um Stirling bomba de calor. Isto pode ser feita com só tręs mudança partes--o displacer quente, o pistăo que age como o pistăo, para a máquina de calor e o calor bombeia, e o displacer frio. Esta combinaçăo de partes faz um simples e efetivo calor-dirija bomba de calor que pode ser escalada a qualquer tamanho ou gama de temperatura, de temperaturas muito frias necessário para liquify arejam a temperaturas moderadas útil para espaço esfriar.
A máquina de Stirling dúplex estará comercialmente disponível dentro dos próximos anos, provavelmente como um portátil, foodstoring congelador-refrigerador em tamanhos pequenos.
Máquina de Alternador de livre-pistăo
Recentes esforços para desenvolver a máquina de alternador de livre-pistăo produziu resultados excelentes. Enquanto a máquina năo vai se torne um artigo comercial tăo depressa quanto o manivela-passeio Stirling máquina, só seguirá com sobre a demora de um ano. O um a maioria desenvolvida no momento é uma 1-kW máquina de produçăo isso tem eficięncia de combustível excelente, promete vida longa, e é muito pó compacto. Porém, esta máquina năo é simples e requer procedimentos industriais altamente sofisticados e materiais. Por outro lado, porque é hermeticamente lacrado, năo pode ser danificado por qualquer tipo de tratamento áspero, embora o sistema de controle e outros auxiliares năo săo assim invulnerável.
A máquina de alternador de livre-pistăo é vestida idealmente para o tarefa de eletricidade em desenvolvimento de energia solar, especialmente, quando emparelhou a um concentrator de filme de plástico barato do digite vindo no mercado agora. Tais máquinas estăo sendo ativamente desenvolvida em tamanhos até 10 kW, e poderia estar disponível em tamanhos até maiores em alguns anos. O um mostrada em Figura 8
tem uma 10-kW produçăo.
USOS DA MÁQUINA DE STIRLING
Irrigaçăo com Biomassa
Ambos o manivela-passeio máquina de Stirling e o livre-cilindro máquina é prática para irrigaçăo com biomassa, contanto aquela ampla biomassa está disponível para combustível como também barato trabalhe alimentar a máquina com combustível e tender sua operaçăo. A máquina de manivela-passeio é prática de aproximadamente 500 watts para tens de quilowatts de poder entregado, mas em poder sobre 3 kW exigirá para um carro que tem rodas transportar isto. O livre-cilindro máquina compőe uma bomba de irrigaçăo boa aproximadamente 500 watts. Qualquer máquina pode dirigir bem e profundamente ambos raso bem bombas, como também baixo-erga bombas de fosso. Também, o elétrico gerador pistăo grátis pode ser prendido um elétrico bombeie para este serviço.
Geraçăo de eletricidade--Tamanhos Pequenos--Combustível Sólido
Ambos o manivela-passeio máquina de Stirling e o livre-pistăo máquina de alternador é prática para este uso. O livre-pistăo máquina de alternador tem a vantagem de muito baixo barulho e vida longa, mas é mais difícil de consertar no campo. O manivela-passeio Máquina de Stirling é simples, fácil consertar, e mais barato, e pode ser fabricada em lojas de conserto simples; porém, isto năo é como combustível eficiente.
Geraçăo de eletricidade--Poder de Aldeia--Combustível Sólido
Aqui novamente, ambos o manivela-passeio máquina de Stirling e o máquina de alternador de livre-pistăo serviria para qualquer poder aproximadamente 100 kW. Máquinas de Stirling de produçăo de poder mais alta năo săo provável no próximo futuro, embora sempre é possível para combine unidades menores em uma unidade maior para mais poder.
Nesta aplicaçăo, freqüęncia constante é requerida assegure a própria operaçăo do alimento de combustível e outros auxiliares. Subprodutos úteis incluem água quente do esfriar sistema e cinza do queimador.
Grăo que Processa--Desperdício de Grăo como Combustível
Esta é uma aplicaçăo ideal por causa da disponibilidade de + subproduto de biomassa como combustível para a máquina. Os USAID-fundaram, máquina de quente-ar simples, referenced mais cedo nisto empapele como tida desenvolvida para fabrique em Bangladesh, é um exemplo excelente. Figure 9 espetáculos esta máquina de quente-ar arroz de millng. Queima a casca de arroz produzida pelo moinho isto passeios. Só uma fraçăo da casca produzida pelo moinho é precisada abastecer a máquina, tăo amplas quantias săo partidas em cima de para a máquina para usar enquanto bombeando água de irrigaçăo para o próximo colheita de arroz. Em deste modo, energia solar, na forma de biomassa, é usado como a contribuiçăo de energia primária para o arroz-crescimento processe, e nenhum combustível externo é necessário.
Poder solar
É importante reconhecer que a máquina de Stirling seja um alto-temperatura machine. năo pode correr bem no baixo temperaturas disponível de apartamento simples chapearam os coletores solares. Tem que usar um concentrando, enquanto sol-localizando o coletor solar. Este dispositivo acrescenta consideravelmente ao custo e manutençăo exigęncias do sistema. Também, tal um dispositivo faz năo faça uso do componente difuso de energia solar, só, + componente direto. Sol tăo nebuloso năo é bastante nenhum bem. Luminoso, săo precisados de céus claros antes do coletor concentrando desenvolva a temperatura alta necessário operar o Máquina de Stirling. Por todas estas razőes, sistemas de Stirling usando concentrando, sol-localizando os coletores solares serăo and muito mais caro requererăo mais cuidado dentro o deles/delas operaçăo que esses que usam combustível como a fonte de calor deles/delas.
Com essas reservas em mente, está certo para mostrar que há situaçőes em qual tais sistemas solar-dirigidos é merecedor de consideraçăo: onde intensa luz solar é o reja onde năo há nenhuma biomassa disponível e nenhum derivable dos efeitos da máquina (como lá seria eventualmente se a máquina estivesse irrigando um antigamente área de deserto), e onde o custo da máquina, coletor, perseguidor, monte, e thereof de manutençăo năo é proibitivo. Tal uma situaçăo possa existir onde vários quilowatts de eletricidade săo precisada, e o custo de sistemas de photovoltaic é muito alto. Isto é provável que um sistema elétrico solar baseado em um livre-pistăo Máquina de Stirling valerá menos consideravelmente por watt entregada que vá um sistema de photovoltaic no quilowatt gama de poder.
Uma nota de cautionary em sistemas de Stirling solares: embora o Máquina de Stirling estará comercialmente disponível em um ou dois anos, os coletores concentrando e os auxiliares deles/delas săo ainda um pouco de distância longe de produçăo. Para tudo estes razőes, é provável que Stirling máquina sistemas solares sejam muito mais caro que outros sistemas excluem onde nada mais é disponível, como poderia ser o caso em zonas de deserto extremas.
Freqüentemente, um sistema solar direto é menos prático que um que usa biomassa crescida com ajuda de irrigaçăo contanto pela máquina. Por isto significa, terra que vai caso contrário cresça nada poderia ser feita produzir comida concebivelmente como também combustível para a bomba irrigando. Simplesmente ponha, um campo de ervas daninhas, colheu para ser queimada na máquina, é um muito rota mais fácil para poder solar que um sistema óptico elaborado, monte, e perseguidor. E ervas daninhas, distinto o sol, năo esconda atrás de nuvens ou vai embora ŕ noite.
ABASTEÇA EFICIĘNCIA E PRODUÇĂO DE PODER
É provável que a máquina de Stirling queime 10 quilogramas asperamente (kg) por quilowatt-hora (kWh) de combustível de biomassa, e 6 kg/kWh de carvăo. Isto é menos que a taxa de consumo de combustível de pequeno máquinas a vapor. Dependendo em como bem um operador guia o máquina, esta taxa ardente pode variar até 20 facilmente por cento, para cima ou abaixo; com bem-projetou e muito concorrido máquinas, poderia ser como muito o menos meio.
A produçăo de poder por unidade de peso grandemente varia com o desígnio. Geralmente, varia de aproximadamente .04 Kw/Kg para um simples manivela-dirija modelo a aproximadamente .07 Kw/Kg para um comercial máquina de alternador de livre-pistăo de alta tecnologia.
IV. COMPARANDO AS ALTERNATIVAS
A máquina de Stirling é capaz de aceitar calor de qualquer fonte sobre aproximadamente 400[degrees]C e convertendo parte do calor em trabalho útil. Isto faz isto capaz de uma variedade larga de usos. O qual deles săo práticos e consideraçăo de valor em comparaçăo com as outras fontes de energia mecânica?
Se combustíveis convencionais e máquinas estăo disponíveis e satisfatórias, provavelmente năo é prático para considerar substituindo eles com uma máquina de Stirling. Só quando petrol ou diesel ou limpe combustíveis gasosos estăo escassos, caros, ou caso contrário sem atrativo, e quando o faísca-igniçăo combustăo interna máquina ou motor diesel é muito curto vivida ou muito caro manter ou comprar, é isto sensato considerar o aplicaçăo da máquina de Stirling. Se vocę considera introduzindo a máquina de Stirling, vocę tem que avaliar cuidadosamente seu disponibilidade, características de desempenho provadas, e economias, para que năo resultado de decepçăo.
COMPETIDORES DA MÁQUINA DE STIRLING
A competiçăo para a máquina de Stirling é a combustăo interna máquina, inclusive a corrida de máquina de faísca-igniçăo, em petrol, gás natural, álcool, biogas, ou gás de produtor, e + motor diesel que corre em combustível de diesel, ou uma mistura de diesel e outros combustíveis gasosos ou líquidos. O vários solar dispositivos de cela como também a máquina a vapor também é considerada ser competiçăo para a máquina de Stirling.
A máquina de Stirling é provável ser a melhor escolha onde o poder requerido está entre 100 watts e 20 kW, e alguns ordenam de biomassa, carvăo, ou turfa está disponível como combustível. Se combustível gasoso ou líquido está prontamente disponível, um corretamente é provável que máquina de combustăo interna adaptada seja mais barata, pelo menos na corrida curta, embora, dependendo do parente custo dos combustíveis, a máquina de Stirling poderia ser mais barata no final das contas, devido a mais baixa manutençăo e custos de combustível.
Porque a máquina de Stirling só foi reintroduced recentemente, é difícil de projetar os custos de compra relativos dos vários tipos de máquinas de Stirling. É provável que a máquina de Stirling valerá mais que o faísca-igniçăo máquina de combustăo interna, e asperamente igual a um slowspeed motor diesel da mesma qualidade. Mas o Stirling é provável que máquina tenha mais baixa manutençăo vale que ou destes por causa de sua grande simplicidade.
A Produtor Máquina de Gás como um Competidor do Stirling Máquina
A máquina de gás de produtor corre em gás por meio de um biomassa-para-gás convertedor chamada um gerador de gás de produtor. A máquina usando o gás de produtor podem ser uma máquina de petrol convertida ou um motor diesel usando gás de produtor principalmente mas também requerendo um quantia pequena de combustível de diesel como igniter para o gás de produtor. Desde que esta combinaçăo pode fazer a mesma coisa na realidade como um Máquina de Stirling--quer dizer, desenvolva poder mecânico de madeira e outra biomassa--a pessoa é compelida para perguntar se o Stirling máquina tem alguma vantagem em cima da combinaçăo de produtor supra com gás gerador e combustăo interna convencional máquina. Em alguns casos, a resposta é sim.
A máquina de Stirling tem tręs vantagens: (1) pode queimar combustíveis com conteúdo de cinza alto como arroz descascam que o sistema de gás de produtor năo pode; (2) desde os produtos de combustăo năo entre na máquina de Stirling, eles năo requerem nenhum cleanup, em contraste com o gás de produtor máquina de combustăo interna; e (3) a máquina de Stirling, em combinaçăo com um simples queimador de combustível forjado, é um muito mais simples e mais manutençăo-livre sistema que a combinaçăo de gerador de gás de produtor, sistema de cleanup, e máquina de combustăo interna.
A máquina de Stirling colhe o produtor gás máquina sistema se o combustível a ser usado năo é de qualidade alta, como arroz, cascas, e se o custo de manter o sistema de igniçăo, sistema de injeçăo, lubrificaçăo, e outro relativamente delicado componentes da máquina de combustăo interna e o produtor de gás é um problema, como é tăo freqüentemente.
A Máquina A vapor como um Competidor da Máquina de Stirling
É lógico para considerar a máquina a vapor como competiçăo natural para a máquina de Stirling, como era na realidade na ocasiăo Rotaçăo. Stirling inventou isto. Naquele momento estava a máquina a vapor + produtor de poder dominante, considerando que a máquina de Stirling era mais combustível eficiente, e muito mais seguro desde que é quase impossível fazer uma máquina de Stirling explodir, e bastante fácil ver com uma máquina a vapor. Também naquele momento, o grande desvantagem da máquina de Stirling era a temperatura pobre resistęncia do elenco cabeça de aquecedor férrea.
Hoje, a situaçăo é diferente. A máquina a vapor tem entrada em desuso, e o Stirling saltou ŕ frente em desempenho, vida, e disponibilidade. Com o uso de série 300 aço imaculado, um material geralmente disponível, há nenhum mais muito tempo o perigo de aquecedor fracasso de cabeça, pelo menos debaixo de 700[degrees]C, o qual um combuster de combustível sólido normal produz em um máquina de Stirling corrente. E é possível fazer o cabeça de aquecedor de cerâmico, especialmente em mesma baixo-pressăo máquinas como o livre-pistăo simples molham pumper.
Entăo, para aplicaçőes de baixo-poder debaixo de vários tens de quilowatts, é provável que a máquina de Stirling seja muito mais combustível eficiente, muito mais fácil operar, muito mais seguro, e requer muito menos manutençăo. Também é provável que valha menos, desde a máquina de Stirling tem tăo poucos separa e tal simples em comparaçăo para a máquina a vapor. Por exemplo, o Stirling máquina precisa de nenhuma válvula, considerando que a máquina a vapor requer muitos em cada um de que tem que trabalhar unfailingly um quente, ambiente corrosivo.
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