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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Unidad de potencia con motor Stirling de baja temperatura y tubo de vórtice. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes alternativas de energía La conversión de energía térmica de baja temperatura en calor industrial es posible mediante una bomba de calor o un motor de ciclo Stirling. Las bombas de calor de ciclo Stirling están ampliamente cubiertas en la literatura; aquí consideramos el uso de un tubo de vórtice, que permite, debido al efecto Ranque-Hilsch, obtener calor a una temperatura suficiente para calefacción y frío para unidades de refrigeración. El esquema general de la instalación se muestra en la fig. 2.4.1. Como fuente de calor, se puede utilizar el calor de las aguas residuales, el calor de los embalses, el calor de la tierra (pozos). La transferencia de calor a la parte calentada del motor Stirling se realiza mediante un tubo de calor. El enfriador es un entorno de baja temperatura: aire atmosférico en invierno, masa de hielo almacenada en verano. El motor de ciclo Stirling puede ser un motor de pistón libre Beale o un motor accionado por diafragma. Las características de tales motores difieren de los motores con mecanismo de manivela; son completamente herméticos, lo que permite el uso de casi cualquier fluido de trabajo.
figura del motor 2.4.2. consta de tres elementos principales: un pistón de trabajo pesado, un desplazador ligero y un cilindro con sellos. La cavidad de trabajo está ubicada sobre el pistón y se divide en una cavidad de compresión entre el pistón de trabajo y el desplazador y una cavidad de expansión, sobre el desplazador. La cavidad de expansión interactúa con el calentador, la cavidad de compresión interactúa con el enfriador. El motor (en este esquema) se utiliza como compresor de gas, es decir el pistón de trabajo oscilante también actúa como pistón compresor. Los estudios realizados a este tipo de motores (Agbi, 1971) mostraron su funcionamiento bastante satisfactorio. Aún más prometedor para este esquema es un motor compresor de membrana con sellado absoluto de la cavidad del motor. Un análisis de la eficiencia termodinámica del ciclo de un motor Stirling de baja temperatura en comparación con las condiciones normales revela, como era de esperar, bajos parámetros de funcionamiento: por ejemplo, a una temperatura del calentador de 300 K y una temperatura del refrigerante de 250 K, la eficiencia térmica ciclo es sólo del 17%, pero teniendo en cuenta el hecho de que aquí se procesan residuos de calor renovable a baja temperatura, el sistema se vuelve bastante competitivo.
De particular interés es el uso de un fluido de trabajo de dos fases en el motor. La teoría del motor Stirling muestra que para aumentar la potencia específica del motor, es necesario aumentar la presión media del proceso de trabajo. La relación de volúmenes de trabajo Vmax / Vmin para tales motores rara vez excede 2-2,5 y los cambios de presión están completamente determinados por estas cifras. A una presión inferior igual o cercana a la atmosférica, la presión superior no supera los 0,3-0,5 MPa. Sin embargo, los fluidos de trabajo de dos fases, por ejemplo (butadieno-1,3, cuyo punto de ebullición es 4,4°CON; amoníaco - 33°DE; cis- y trans-buteno-2 +3 y 0, respectivamente°C, etc.) permiten obtener una mayor presión media de ciclo. Para cualquier fluido de trabajo, el volumen específico de líquido es mucho menor que el volumen de vapor saturado. Con un aumento en la presión promedio, la potencia de salida aumenta y mejora la transferencia de calor a través de los procesos de evaporación y condensación. Por lo tanto, cuando se utiliza un fluido de trabajo de dos fases, es posible aumentar la potencia de trabajo de 2 a 3 veces con los mismos límites de temperatura. Las conocidas ventajas del motor Stirling -funcionamiento silencioso, ausencia de emisiones nocivas, hermeticidad y ausencia de vibraciones- son especialmente valiosas en este esquema, ya que permiten colocar la unidad de potencia muy cerca de las viviendas. . El tubo de vórtice es hoy la herramienta más simple y estudiada para la producción simultánea de calor y frío. La relación entre los flujos de gas caliente y frío se regula de manera bastante simple, es decir, En invierno, la mayor parte de la energía se gasta en calefacción, en verano, en refrigeración.
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