L’innovativo Generatore Stirling Termoacustico si Converte in Energia Senza Parti in Movimento
La tecnologia pare che sia sempre più orientata a dare priorità a tutto quello che ha come unica funzione quella di complicarci la vita, tralasciando ciò che ci sarebbe realmente utile.
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Generatore Stirling Termoacustico
La Cina ha costruito il più potente generatore Stirling termoacustico. Il prototipo ha fornito l’incredibile potenza di 102 kilowatt da una fonte di calore di 530 gradi Celsius (986 Fahrenheit). È la prima volta che questo tipo di generatore supera i 100 kilowatt. Il motore termoacustico raggiunge elevate efficienze termoelettriche senza parti in movimento. Il nuovo generatore converte il suono direttamente in energia elettrica.
Il brevetto LEW-TOPS-80 della NASA proponeva un motore termoacustico abbinato a un alternatore per generare elettricità nello spazio. La NASA non ha mostrato un prototipo.
Il convertitore di potenza termoacustico della NASA Glenn trasforma il motore Stirling convenzionale da una forma toroidale a una disposizione colineare rettilinea. Invece di affidarsi a tubi di inerzia meccanica e di conformità, soggetti a guasti, questo progetto raggiunge la risonanza acustica utilizzando componenti elettronici.
In un tipico motore Stirling, l’onda acustica viaggia intorno a un toroide e si riflette, formando un’onda stazionaria. Nel dispositivo di Glenn, invece, l’onda viaggia su un piano rettilineo dove un trasduttore riceve l’onda acustica e i componenti elettrici modulano il segnale. Un secondo trasduttore sul lato diametralmente opposto reintroduce l’onda acustica con la giusta sfasatura per ottenere l’amplificazione e la risonanza. Il progetto di Glenn consente ai trasduttori di operare ad alta frequenza, presentando un’impedenza di massa anziché di rigidità.
L’alternatore magnetostrittivo di Glenn utilizza materiali magnetostrittivi impilati sottoposti a una compressione magnetica polarizzata e indotta da stress. L’energia acustica proveniente dal motore viaggia attraverso uno strato di adattamento dell’impedenza (che può essere formato da materiali di aerogel) che è fisicamente collegato alla massa magnetostrittiva. I bulloni di compressione mantengono la struttura sotto sforzo di compressione, consentendo la compressione su scala micrometrica del materiale magnetostrittivo ed eliminando la necessità di cuscinetti.
L’alternanza di compressione ed espansione del materiale magnetostrittivo crea un campo magnetico alternato che induce una corrente elettrica in una bobina avvolta intorno alla pila. Questo alternatore produce energia elettrica dall’onda di pressione acustica e, quando la frequenza di risonanza viene sintonizzata per adattarsi al motore, può sostituire l’alternatore lineare con grande efficacia.
Benefici
Efficiente: Offre un’efficienza termica-elettrica molto elevata rispetto ad altri motori termici Affidabile: Non presenta parti in movimento o sistemi di cuscinetti, limitando le opportunità di guasto Costo ridotto: Riduce i costi di fabbricazione utilizzando un minor numero di parti e consentendo ampie tolleranze di produzione.
Compatto: Consente di ridurre significativamente la massa e il volume del motore Versatile: offre flessibilità nella progettazione in modo da poter utilizzare qualsiasi fonte di calore per fornire energia.
Applicazioni
1) Generazione distribuita e sistemi di alimentazione residenziale
2) Sistemi combinati di calore ed energia
3) Generazione di energia solare concentrata
4) Veicoli elettrici ibridi
5) Sistemi di refrigerazione
6) Pompe di calore
7) Sistemi di alimentazione sottomarini
8) Unità di potenza ausiliarie
La versione della Cina
Il generatore cinese è stato creato dall’Istituto Tecnico di Fisica e Chimica (TIPC) dell’Accademia Cinese delle Scienze (CAS) ed è lungo circa 2 metri (6½ feet) con una forma simile a un manubrio.
Secondo il professor Hu Jianying del TIPC, il sistema funziona con un’efficienza impressionante.
“L’attuale efficienza di conversione termoelettrica è di circa il 28%; con un fluido termico più caldo a 600 gradi, l’efficienza potrebbe raggiungere il 34%”, ha dichiarato.
Tale efficienza può rivaleggiare con quella delle turbine a vapore.
Il professor Luo Ercang del TIPC ha sottolineato l’affidabilità del generatore, la sua semplicità di progettazione, le poche parti mobili e la compatibilità con diverse fonti di calore.
“Funziona in modo silenzioso ed efficiente e può utilizzare diversi tipi di calore, tra cui l’energia solare, il calore di scarto e la biomassa”, ha dichiarato Lou in un comunicato CAS.
L’innovativo sistema comprende un motore Stirling termoacustico e un motore lineare racchiuso in un guscio rigido. Il motore converte il calore in onde sonore che risuonano formando un campo sonoro stabile. Queste onde azionano un pistone, che a sua volta genera elettricità.
Generatore Stirling termoacustico
E3S Web of Conferences 313, 08005 (2021)
19° Conferenza Internazionale sui Motori Stirling Introduzione ai motori Stirling termoacustici: Primi passi e prassi
Il lavoro si concentra sullo studio teorico e sulla progettazione di motori termoacustici a ciclo Stirling. Uno degli obiettivi principali di questo studio è descrivere l’applicazione di una metodologia per l’analisi energetica e l’ottimizzazione dei dispositivi termoacustici. Questo nuovo approccio evita complicati trattamenti matematici, facilitando l’accesso a questa affascinante tecnologia a tutti i tipi di pubblico.
La metodologia presentata si basa sulla distribuzione del flusso di potenza acustica attiva e reattiva in base al circuito acustico passivo. Inoltre, questa metodologia consente di ottimizzare il dispositivo confrontando diversi circuiti acustici. Questo metodo viene valutato a livello teorico con i modelli e le simulazioni sviluppati, per ciascuno dei casi di studio descritti. Inoltre, questa pubblicazione mostra la pratica fin dai primi passi, in modo che il lettore sia guidato nella progettazione e nella fabbricazione di un motore Stirling compatto per il recupero di energia termoacustica, funzionante in condizioni di laboratorio. Il dimostratore risultante è esso stesso uno strumento accademico per il trasferimento delle conoscenze.
International Journal of Green Energy – Thermoacoustic Stirling engines: Una rassegna (2023)
I motori Stirling termoacustici (TASE) sono gli equivalenti acustici dei motori Stirling. Hanno attirato l’attenzione dei ricercatori per le loro caratteristiche uniche, come il basso costo di produzione, l’alta efficienza, l’assenza di manutenzione e l’autoavviamento. Questo articolo esamina lo stato della letteratura per studiare i componenti dei motori Stirling termoacustici e determinare l’effetto di ciascun componente sulle prestazioni complessive di questi motori. Per raggiungere questo obiettivo, vengono analizzati componenti importanti come il rigeneratore, l’inerzia, il risonatore (stub), la cedevolezza e i tubi tampone.
Questo lavoro di revisione mostra che l’applicazione di modifiche alle dimensioni o alla posizione dei componenti del motore influenza le prestazioni di tali motori e rivela anche l’essenzialità di una progettazione accurata. Inoltre, si dimostra che aumentando il numero di rigeneratori (sezione centrale) nel motore si ottiene un miglioramento delle prestazioni del motore. Inoltre, la posizione appropriata della cedevolezza nel looped-tube è a circa λ4 e 3λ4 di distanza dalla sezione centrale e questo fattore è λ2 anche per la sezione di inertizzazione. Inoltre, si prevede l’effetto della modifica di altri componenti meccanici sulle prestazioni del motore.
In seguito, questo studio esamina l’effetto dei parametri dei fluidi dei motori Stirling termoacustici (temperatura, pressione media, potenza di uscita e ampiezza delle variazioni di pressione). Infine, sono stati esaminati tutti i motori Stirling termoacustici sviluppati finora. Questo lavoro di revisione conferma il crescente interesse dei ricercatori per il lavoro e la ricerca in questo campo negli ultimi anni, grazie ai vantaggi evidenziati.
Motore Stirling sull’acqua
Il motore rotativo Stirling si riferisce ai motori a combustione esterna. La loro peculiarità è che necessitano di una fonte esterna per avviare i processi.
Motore Stirling
La Cina ha testato il motore Stirling più potente di sempre, in grado di produrre kW di potenza. Questo motore termico è ideale per le situazioni in cui è importante la silenziosità, come nei sottomarini e negli aerei. Un prototipo di motore Stirling, testato di recente dagli esperti dell’Accademia delle Scienze cinese, ha prodotto un kW di potenza da una fonte di calore con una temperatura di gradi Celsius.
Il motore Stirling più potente è stato testato in Cina; ha prodotto kW di potenza. Questo motore termico è ideale per situazioni in cui la silenziosità è importante, come sottomarini o aerei. Il prototipo del motore Stirling, recentemente testato dagli esperti dell’Accademia cinese delle scienze, produceva kW di potenza da una fonte di calore con una temperatura di gradi Celsius.
Si basa sul riscaldamento e raffreddamento periodico del corpo di lavoro con recupero di energia dalla variazione di pressione che ne deriva. Può funzionare non solo con la combustione di un combustibile, ma anche con qualsiasi fonte di calore.
Tuttavia, i primi “motori ad aria calda” elementari erano noti già alla fine del XVII secolo, molto prima di Stirling. Il risultato di Stirling fu l’aggiunta di quella che egli chiamò l’unità “economica”.
Data di entrata in vigore : L’invenzione riguarda il campo dell’ingegneria energetica e dei motori Stirling ed è destinata a un’unità di potenza per oggetti che funzionano senza comunicazione con l’atmosfera, come veicoli d’alto mare e sottomarini. Il risultato tecnico ottenuto è la riduzione della massa e delle caratteristiche dimensionali dell’impianto e la riduzione del costo di funzionamento del sottomarino nel suo complesso.
Il motore Stirling è di difficilissima progettazione teorica ma meglio “progettabile” procedendo in maniera empirica, usando come base i motori esistenti e funzionanti con buon rendimento; ne esiste una buona varietà (spesso coperti da brevetti di maggiore o minore validità). Questo significa che i costruttori raggiungono la tecnologia adeguata per approssimazioni sperimentali successive, per cui i modelli costruiti sono essi stessi i depositari della tecnologia, in assenza di una possibile teoria dichiarata soddisfacente, se si eccettuano i normali principi della termodinamica, che in tali termini descrivono ben poco.
Un’ulteriore difficoltà è data dalla “non scalabilità” della tecnologia, trattandosi di una pulsazione ciclica di un gas confinato, per massa, pressioni, e temperature variabili, la modifica di alcuni parametri, non ultimo quello dimensionale, porta fatalmente a risultati inattesi, cioè perdita di efficienza.
La gamma di “possibili configurazioni” è notevolissima, sia per campo di temperatura sia per forma e, quindi, non è possibile definire una struttura schematica di base come avviene per il motore a combustione interna; nei casi estremi, se consideriamo due diverse configurazioni possibili, forma e struttura completamente diversi rendono molto difficile credere che si tratti di cose anche solo lontanamente paragonabili.
La costruzione sperimentale di motori efficienti, insieme con l’accurato esame dei parametri empirici in gioco – essendo in possesso di discrete conoscenze termodinamiche, metallurgiche e meccaniche – “indirizza” comunque drasticamente alla necessità di procedere con materiali e tecnologie di alto profilo (materiali speciali, alte temperature, alte pressioni).
Brian Wang
Fonte: nextbigfuture.com & вторсырье-м.рф & Wikipedia
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