Semblable à un moteur Stirling typique, un moteur LTD Stirling fonctionne lorsqu'une partie du moteur est chauffée et qu'une autre partie est refroidie. LTD est l'abréviation de différentiel de basse température. Lorsqu'un moteur Stirling a un différentiel de basse température, cela signifie qu'il peut fonctionner lorsque le côté chaud n'est pas beaucoup plus chaud que le côté froid. Autrement dit, la différence entre le côté chaud et le côté froid est très faible. Certains moteurs LTD peuvent fonctionner à seulement 1/2° C.
Comprendre les moteurs Stirling LTD et leurs utilisations
Une animation du premier moteur Stirling à basse température au monde. Construit par Ivo Kolin en 1983.
Les moteurs qui peuvent fonctionner avec de l'eau chaude ou des glaçons peuvent être difficiles à comprendre.
Très petite différence de chaleur nécessaire
La différence de température requise pour faire fonctionner un moteur LTD Stirling est si faible qu'elle élargit le choix des sources de chaleur utilisables. Si des moteurs Stirling LTD à grande échelle sont jamais développés commercialement, cela signifierait une utilisation plus efficace des sources d'énergie.
Sources de chaleur possibles
- Solaire passif
- L'énergie géothermique
- Énergie thermique des décharges
- Chaleur captée des habitations
- Chaleur résiduelle des processus industriels
- Chaleur perdue des moteurs automobiles
Grand moteur Stirling LTD alimenté par de l'huile chauffée à l'énergie solaire
Voici une vidéo d'un des plus gros moteurs LTD que j'ai vu. Ces moteurs mettent en œuvre l'utilisation de l'énergie solaire passive. J'adore le son produit par ces moteurs LTD.
Disponibilité des moteurs LTD
Actuellement, la plupart des moteurs LTD Stirling disponibles sont des moteurs de plus petite taille. Ceux-ci sont généralement achetés pour une démonstration dans un cadre éducatif. Cependant, beaucoup sont également achetés par des passionnés de moteurs de modèles réduits.
Composants de base et fonctionnement
Les éléments de base d'un moteur LTD sont les mêmes que tous les autres moteurs Stirling conventionnels. La configuration de moteur LTD la plus courante est un Stirling de type Gamma.
Liste des composants
- Piston (souvent en graphite)
- Plongeur (souvent fait d'un matériau de type polystyrène)
- Cylindre (en verre parfois en métal)
- Bielles et liaisons (généralement en métal usiné avec précision)
- Volant (en métal, verre ou plexiglas)
- Plaque latérale chaude ou échangeur de chaleur (en métal, généralement en aluminium)
- Plaque latérale froide ou échangeur de chaleur (en métal, généralement en aluminium)
La forme d'une LTD
La géométrie d'un moteur LTD est distincte par rapport à un moteur avec un grand différentiel de chaleur. La forme d'un moteur LTD est limitée par les lois physiques de l'univers. Ils ont donc un volume relativement important de fluide de travail et de plongeur pour compenser les petites quantités d'énergie disponibles lorsqu'ils fonctionnent avec de si petites différences de chaleur.
Les moteurs Stirling utilisent un fluide de travail (gaz) dans de nombreux cas typique de l'air atmosphérique. L'air doit être suffisamment chauffé pour se dilater et pousser le piston vers l'extérieur à la distance appropriée pour que le moteur fonctionne.
Dans le cas d'un Stirling différentiel à haute température, une quantité relativement faible de gaz est chauffée. Un moteur LTD Stirling vise à faire le contraire. Pour compenser la petite différence de chaleur, il chauffe une quantité relativement importante de gaz.
Cela conduit à des conceptions de moteurs LTD Stirling qui ont une surface relativement grande pour les plaques de chauffage et de refroidissement. Ces plaques permettent d'affecter un plus grand volume de gaz.
Il est également nécessaire d'avoir un plongeur qui a presque la même surface que les plaques de chauffage et de refroidissement. Le plongeur est presque toujours léger et possède des propriétés isolantes élevées.
En raison de la grande surface nécessaire pour les plaques chaudes et froides, les moteurs LTD Stirling ont de nombreuses configurations intéressantes. Une fois que vous avez compris le fonctionnement d'un moteur Stirling, il est facile d'identifier une LTD.
Les moteurs LTD ont un grand volume de fluide de travail (le gaz à l'intérieur du moteur) chauffé et refroidi par rapport au volume du piston d'entraînement, parfois 50 à 1. Cette relation joue également un rôle important dans la détermination de la forme du moteur.
Un plongeur de forme correcte est nécessaire pour déplacer un grand volume de gaz. De plus, un plongeur léger avec une grande surface et une course courte est nécessaire et typique des moteurs LTD.
Faire fonctionner un moteur LTD Stirling
Les moteurs LTD Stirling peuvent fonctionner tant qu'il y a suffisamment de différence de température entre les plaques chaudes et froides. La plaque froide est généralement uniquement en contact avec l'atmosphère. Donc, si vous êtes à l'intérieur, le dissipateur de chaleur est l'air de la pièce. Parfois, la pièce peut être la source de chaleur. Si vous mettez de la glace sur la plaque latérale froide, la chaleur s'écoulera de la pièce à travers le moteur et dans la glace.
Livres sur le sujet
Une introduction aux moteurs Stirling différentiels à basse température Par Jame R. Senft est une excellente introduction aux moteurs LTD. Le livre comprend l'histoire, la théorie, le fonctionnement et même un ensemble de plans pour construire un moteur LTD Stirling.
Autres sources de chaleur pour les moteurs du modèle LTD
Ainsi, tout ce qui est suffisamment chaud pour créer la petite différence de chaleur nécessaire pour faire fonctionner un LTD fonctionnera. Dans de nombreux cas, juste la chaleur de votre main.
- La chaleur s'élevant d'un écran d'ordinateur CRT.
- La chaleur qui s'élève de votre ordinateur.
- Évaporation de l'eau hors de la plaque latérale froide.
- La chaleur du soleil frappe la plaque chaude (cela peut être le top si le moteur tourne à l'envers).
- Glace sur le côté froid du moteur Stirling LTD (cela peut également être de chaque côté de la plupart des moteurs LTD).
- La chaleur d'une ampoule.
- La chaleur recueillie en s'asseyant sur une tasse de boisson chauffée.
- La chaleur recueillie dans la pièce lorsque vous êtes assis sur une tasse de boisson froide.
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