Motorul Stirling

În familia mașinilor termice, motorul Stirling definește o mașină termică cu aer cald cu ciclu închis regenerativ, cu toate că incorect, termenul deseori este utilizat pentru a se face referire la o gamă mai largă de mașini. În acest context, "ciclu închis" înseamnă că fluidul de lucru este într-un spațiu închis numit sistem termodinamic, pe când la mașinile cu "ciclu deschis" cum este motorul cu ardere internă și anumite motoare cu abur, se produce un permanent schimb de fluid de lucru cu sistemul termodinamic înconjurător ca parte a ciclului termodinamic; "regenerativ" se referă la utilizarea unui schimbător de căldură intern care mărește semnificativ randamentul potențial al motorului Stirling. Există mai multe variante constructive ale motorului Stirling din care majoritatea aparțin categoriei mașinilor cu piston alternativ. În mod obișnuit motorul Stirling este încadrat în categoria motoarelor cu ardere externă cu toate că sursa de energie termică poate fi nu numai arderea unuicombustibil ci și energia solară sau energia nucleară. Un motor Stirling funcționează prin utilizarea unei surse de căldură externe și a unui radiator de căldură, fiecare din acestea fiind menținut în limite de temperatură prestabilite și o diferență de temperatură suficient de mare între ele. În procesul de transformare a energiei termice în lucru mecanic, dintre maşinile termice motorul Stirling poate atinge cel mai mare randament, teoretic până la randamentul maxim al ciclului Carnot, cu toate că în practică acesta este redus de proprietăţile gazului de lucru şi a materialelor utilizate cum ar fi coeficientul de frecare, conductivitatea termică, punctul de topire,rezistenţa la rupere, deformarea plastică etc. Acest tip de motor poate funcţiona pe baza unei surse de căldură indiferent de calitatea acesteia, fie ea energie solară, chimică sau nucleară. Spre deosebire de motoarele cu ardere internă, motoarele Stirling pot fi mai economice, mai silenţioase, mai sigure în funcţionare şi cu cerinţe de întreţinere mai scăzute. Ele sunt preferate în aplicaţii specifice unde se valorifică aceste avantaje, în special în cazul în care obiectivul principal nu este minimizarea cheltuielilor de investiţii pe unitate de putere (RON/kW) ci a celor raportate la unitatea de energie (RON/kWh). În comparaţie cu motoarele cu ardere internă de o putere dată, motoarele Stirling necesită cheltuieli de capital mai mari, sunt de dimensiuni mai mari şi mai grele, din care motiv, privită din acest punct de vedere această tehnologie este necompetitivă. Pentru unele aplicaţii însă, o analiză temeinică a raportului cheltuieli-câştiguri poate avantaja motoarele Stirling faţă de cele cu ardere internă. Mai nou avantajele motorului Stirling au devenit vizibile în comparaţie cu creşterea costului energiei, lipsei resurselor energetice şi problemelor ecologice cum ar fi schimbările climatice. Creşterea interesului faţă de tehnologia motoarelor Stirling a impulsionat cercetările şi dezvoltările în acest domeniu. Utilizările se extind de la instalaţii de pompare a apei la astronautică şi producerea de energie electrică pe bază de surse bogate de energie incompatibile cu motoarele de ardere internă cum sunt energia solară, resturi vegetale şi animaliere. O altă caracteristică a motoarelor Stirling este reversibiltatea. Acţionate mecanic, pot funcţiona ca pompe de căldură. S-au efectuat încercări utilizând energia eoliană pentru acţionarea unei pompe de căldură pe bază de ciclu Stirling în scopul încălzirii şi condiţionării aerului pentru locuinţe.