Moteur Stirling
|
|
Objectif du document
Une fois finalisé, ce document devrait vous donner tous les moyens pour vous permettre de construire votre propre moteur. Ceci avec le minimum de moyens et d'efforts.
Un peu d'histoire
Robert Stirling (1790-1878, pasteur écossais) a breveté le moteur Stirling en 1816: ce brevet comprenait de telles innovations que l'année 1816 est considérée comme la date de naissance de ce type de moteurs.
Définitions
définition du moteur
Principes
Le principe est relativement simple: le fluide principal qui produit le travail est un gaz (air, hydrogène ou hélium). Il est soumis à des pressions moyennes de l'ordre de 150 bars pour les moteurs performants actuels puis à un cycle de Carnot à 4 temps : chauffage, détente, déplacement vers la source froide et refroidissement, compression et retour vers la source chaude.
Ce convertisseur thermodynamique n'est pas dépendant de sa nature de source d'énergie thermique, il est polycarburant. La source chaude du moteur peut être alimentée par une source quelconque : combustion externe de dérivés du pétrole, le gaz naturel, le charbon, l'énergie nucléaire, etc. mais aussi énergies renouvelables comme l'énergie solaire ou l'énergie géothermique.
Le moteur Stirling est un moteur qui suivant les configurations s'adapte à des régimes de rotations variés qui peuvent aller de moins de 1 cycle par seconde à plus de 3000 tours par minutes. Il est utilisé sur des bateaux, pompes, générateurs électriques à énergie solaire ...
C'est un moteur à forte densité énergétique pour le volume de gaz déplacé. Pour donner une comparaison automobile il fournit des puissance de plus de 80 chevaux par litre de cylindrée.
Avantages
Moins polluant
C'est un moteur à combustion externe, elle est plus facile à contrôler que dans un moteur à combustion interne. Le fluide de lubrification (huile) n'est pas pollué par les résidus de combustions.
Moins bruyant
Le fluide actif du moteur Stirling, l'air, l'hélium ou l'hydrogène travaille en cycle fermé et ne s'échappe pas à l'atmosphère, contrairement au moteur à combustion interne, dont le bruit d'échappement est très important. En cas d'utilisation d'un carburant pour le chauffage, la combustion est continue, il n'y a aucune explosion géneratrice de bruits.
Multi-Energie
Le moteur Stirling ne demande qu'une source de chaleur, (et une source de froid.) quelle qu'en soit la source: il peut être alimenté par du pétrole, du bois, du charbon, de la paille, de l'électricité, du plutonium... etc. Et bien entendu le soleil.
Entretien
L'entretien du moteur Stirling est également facilité par son absence d'échange de matière avec son environnement. et par le très faible nombre de pieces mobiles. Il n'y a pas d'arbre à cames, de chaine de distribution, de basculeurs ou poussoirs, de soupapes, de pompe à injection haute pression, etc...
Rendement
Son rendement peut avoisiner les 40%, contre environ de 35% pour les moteurs à explosion : si la différence de 5% parait faible, elle signifie quand même près de 15% (5/35) d'économie d'énergie. L'absence d'explosion au cours du cycle moteur le rend particulièrement résistant.
inconvénients
Etanchéité
Les problèmes d'étanchéité sont difficiles à résoudre, c'est le principal problème de ce moteur.
Températures
Les températures de source chaude sont de l'ordre de 720°C pour obtenir des rendements de plus de 40% avec de l'hydrogène comme fluide de travail.
La température de source froide a aussi son importance, en raison du principe de carnot. Rendement = 1 - Tf/Tc, avec Tf température froide et Tc température chaude. Ainsi il vaut mieux diminuer la température de source froide par exemple de 10°C que d'augmenter celle de la source chaude de 10°C.
Temps de réponse
Ce moteur n'a pas pour le moment remplacé ses concurents historique comme le Otto ou Diesel dans le domaine de l'application automobile en raison d'un temps de réponse trop long lié à l'inertie thermique de ses sources chaude et froide. Il a par contre un avenir automobile dans les motorisations hybrides.
Principes de fonctionnement
Le moteur Stirling Type alpha
Le moteur alpha dissocie de façon nette la source chaude de la source froide. En effet, un cylindre réchauffe le gaz, un autre le refroidit La cinématique est telle qu'on fait passer le gaz d'un cylindre à l'autre. Voir ci-dessous l'étude succinte de ce type de moteur.
Le moteur Stirling Type beta
· Un Stirling bêta a un simple piston de puissance placé coaxialement avec un piston de « déplacement ». Le piston de déplacement sert uniquement à propulser le gaz de l'échangeur de température chaud, vers l'échangeur de température froid. Sur un cycle complet, ce piston ne consomme pas d'énergie. Ce moteur ne requiert pas de « joint » mobile dans la partie chaude du moteur, et peut atteindre des rendements élevés de compression, grâce aux pistons qui sont capables de se chevaucher pendant leur déplacement.
Le moteur Stirling Type gamma
Le moteur gamma est un peu le compromis entre le moteur type alpha et le moteur type bêta. Dans un cylindre le déplaceur joue son rôle, dans l'autre le piston moteur fait varier le volume global et récupère l'énergie. Ce type de moteur est fréquent pour mettre à profit de faibles écarts de température entre source froide et source chaude.
Le moteur à piston libre dit Martini
Le moteur à déplaceur libre ou Ringbom
Le moteur à piston et déplaceur libres
Le moteur à double effet
Le moteur Stirling Type Quasiturbine à 4 pôles
La Quasiturbine (Qurbine) est un moteur rotatif sans vilebrequin ayant un rotor articulé à 4 faces dont le centre est libre et accessible, tournant sans vibration ni temps mort, et produisant un fort couple moteur à faible RPM sous une variété de modes et de carburants. http://quasiturbine.promci.qc.ca/
Le générateur thermodynamique
Le fluydine
http://stirling.sites.solnet.ch/fluidyne.html http://www.maxpie.de/Fluidyne.htm http://www.stirlingsouth.com/Roy/others/hubert/hubert.htm http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/seesaw/indexe.htm
Réalisations pratiques
Utilisations
Voir aussi
Les moteurs alternatifs, véhicules à carburants alternatifs, modes de déplacement alternatifs, Moteur pantone...
Bibliographie
- "Le manuel des moteurs Stirling", par Mr Daniel Lyonnet. http://www.moteur-stirling.com/brochure.htm
- Contact: dlyonnet@moteur-stirling.com
Webographie
En français
- http://www.moteurstirling.com/ Principe du moteur stirling
- http://www.moteur-stirling.com/ S'il n'y en avait q'un seul à lire.
- http://guillaume.douard.free.fr/ Regroupe les informations de nombreux sites
- http://www.unine.ch/phys/enseignement/TP/TPD/exp_tpd/Exp17_Moteur%20Stirlling.pdf
- http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTStirling.html
- http://leakystirling.free.fr
