INFORMAZIONI DI CARATTERE GENERALE SULLO STIRLING

(fonte Wikipedia)

 

Possibili applicazioni del motore Stirling


I motori Stirling sinora visti sono  poco adatti (a causa del suo ingombro, per la sua inerzia all'avvio ed alla variazione di regime) ad usi diversi dalla produzione continua di energia e calore.
Il motore Stirling nasce naturalmente efficace  alla cogenerazione domestica o per piccole comunità in postazione fissa (è relativamente grosso e pesante) per potenze da 1 ai 100 kW elettrici, (tipicamente dal consumo domestico familiare a quello di un piccolo condominio), al di fuori di tali valori altri tipi di generazione sono maggiormente convenienti, ciclo Otto (motori a benzina), ciclo Rankine, e derivati (turbine a vapore), ciclo Brayton-Joule (turbina a gas), e ciclo Diesel (motore diesel)
Grazie all'adozione di materiali e tecniche costruttive sofisticate, e la miniaturizzazione delle parti con tecnologie consolidate, la turbina a gas è un micidiale concorrente soprattutto nelle fasce di potenza più alte.
La convenienza del motore Stirling è strettamente legato alla possibilità di usarlo come cogeneratore, ossia di poter utilizzare oltre l’energia elettrica il calore di raffreddamento della macchina (ad uso riscaldamento, in valore di circa il triplo o il quadruplo del valore della potenza elettrica), e trova congiuntura favorevole nella possibilità di usare combustibili o sorgenti di calore a disposizione localmente ed altrimenti non utilizzati (legna, carbone, biogas, solare e non ultimi i cascami termici di scarto).
Macchine di media potenza sono state realizzate e tuttora utilizzate  per mantenere su tempi lunghi il livello di accumulo della energia elettrica in sommergibili militari svedesi a propulsione convenzionale. La produzione di calore con combustione in ambiente controllato (usando in immersione come comburente scorte di ossigeno liquido) permette la continua erogazione di energia elettrica ad usi di propulsione e di altro tipo tali da permettere di prolungare la autonomia delle immersioni profonde da poche ore a diverse settimane. È evidente che il peso del motore in questo caso non è fattore negativo, la disponibilità dell'acqua quale refrigerante è ovvia.

Tecnologie per il mondo sviluppato, per il terzo mondo, e per alte tecnologie


La sorgente di calore può essere di qualsiasi natura, il che rende il motore Stirling utilizzabile in un gran numero di contesti.
Mentre appaiono evidenti i vantaggi di utilizzare, nei paesi maggiormente sviluppati, combustibili ottenuti da gassificatori, (tecnologia attualmente matura) e biogas, con filiere di materiali ampiamente disponibili (e ad oggi spesso non utilizzati); per il terzo mondo appare di enorme importanza avere comunque anche solo una modesta forza motrice, (per trebbiare, per pompare acqua, ecc.), quando i prodotti che alimentano il motore possono essere la combustione della stessa pula di riso o di altri cereali trebbiati, sterco di bovini seccato, paglia, torba, sterpi, segatura di legno o cippato. Tali combustibili presenti in loco svincolano completamente la tecnologia dai combustibili fossili convenzionali.
Sono numerosissimi i dispositivi di riscaldamento domestico ed industriale di piccola. media o grande taglia che producono calore come prodotto di scarto, tipicamente sotto forma di gas combusti con temperature dai 100 ai 500 °C. L'energia sotto forma di calore contenuta in tali gas può essere almeno in parte ricuperata da scambiatori e generatori Stirling. Con macchinari Stirling di maggior mole, ma tecnologicamente più economici, è possibile valutare la praticabilità del ricupero energetico anche di effluenti a temperature inferiori.
È stata proposta la applicazione di motori Stirling alla generazione elettrica ottenuta da calore di centrali nucleari. Il raffreddamento del nocciolo del reattore è previsto, in alcune "filiere" nucleari, che sia ottenuto con circolazione di sodio liquido, che ha un elevato contenuto calorico, ma è radioattivo per induzione, ed inoltre incendiario, esplosivo ed aggressivo in caso di accidentale contatto con aria atmosferica (umida) o con l'acqua. La pericolosità intrinseca ha portato all'abbandono di tale filiera, preferendo il raffreddamento del "core" radioattivo con acqua, gas, o acqua pesante. L'adozione di motore Stirling ad aria o a gas secchi in luogo di motori a vapore d'acqua (turbine a vapore), eviterebbe almeno il rischio dell'accidentale contatto tra sodio ed acqua negli scambiatori di calore: si evita così l’utilizzo di un fluido vettore calore per veicolare il calore all’esterno del nocciolo.
Utilizzi di altissima tecnologia del motore termoacustico Stirling sono stati realizzati dalla NASA allo scopo di fornire energia elettrica a satelliti nello spazio profondo in carenza di radiazione solare, in tal caso la sorgente di calore è l’emissione termica di radioisotopi, il punto freddo è semplicemente lo spazio.
Il vero grandissimo successo del ciclo Stirling (inverso) si ha con la macchina frigorifera di Stirling, che è l'unica macchina veramente adatta per la refrigerazione di fluidi nel campo di temperatura che va dai -30, -40 °C fino ai -200 °C (73 K) perché non funziona con il cambio di fase di fluidi.