comprendre le moteur stirling

Il existe des inventions oubliées du grand public; oubliées par manque de visionnaires, ou volontairement car elles ne généraient aucun profit.
C'est le cas du moteur Stirling. Ancien, mais considérée à la pointe de la technologie de nos jours.
Rares sont ceux qui le connaissent. Cela paraîtrait normal si ce moteur était de conception récente. Or celui-ci existe depuis 1816 et s'appelait à l'époque "moteur à air chaud".
Ce moteur fut utilisé dans l'industrie et l'agriculture jusqu'au début du 20ème siècle, mais fut supplanté progressivement par la machine à vapeur puis les moteurs à combustion interne que nous connaissons.
Son développement ne s'est pas arrêté pour autant; propulsion de sous marins et bâtiments de guerre, alimentation électrique des satellites, production de froid de façon industrielle, modélisme...certains modèles de voitures furent même testés avec ce moteur !
Au final, le domaine civil en fut très peu informé.

Une autre vision d'un moteur à combustion.

Un moteur stirling est un moteur à combustion externe exploitant une différence de température entre une source chaude et une source froide.
Il en existe de plusieurs type (alpha, bêta, gamma, mixte etc.) de conception différente, mais le principe est toujours le même :
Un récepteur capte la chaleur qui sert à chauffer de l'hydrogène (bon fluide caloporteur). Le gaz chauffé augmente de volume et agit sur un piston relié à un vilebrequin. L'ensemble constitue un moteur sans aucune combustion interne. Après expansion, le gaz est refroidit, et reprend son volume initial...le moteur a fait un cycle.
Reliez un alternateur à l'axe du vilebrequin, et vous aurez un générateur électrique.

Le moteur stirling possède de nombreux avantages :
- Pas de pollution (la combustion externe est bien pus facile à réguler qu'une combustion interne).
- Silencieux (pas de détente des gaz dans l'atmosphère et peu de vibration).
- Rendement élevé en fonction des températures chaudes et froides.
- Technologie simple, donc peu d'entretien.
- Longue durée de vie.
- Réversible (Alimenté par un moteur électrique, il est capable de chauffer ou de refroidir selon le sens de rotation).
L'inconvénient principal restant les problèmes d'étanchéité, de part les pertes d'hydrogène du fait de sa capacité à passer a travers les matériaux, mais la technologie que nous proposons utilise de l'azote.

Une source chaude à profusion : Le soleil.

Tout d'abord, qu'est-ce qu'une parabole solaire et à quoi ça sert ?
Suivant les technologies utilisées, les paraboles solaires sont soit de grands miroirs circulaires incurvés, soit de petits miroirs collés les uns aux autres, mais tous ont la même fonction.
Suivre le soleil et en capter les rayons lumineux pour les faire converger en un seul point.
Cette accumulation de chaleur par des panneaux solaires est habituellement utilisée afin de générer de la vapeur d'eau, alimentant des turbines génératrices d'électricité.
Mais avec notre moteur stirling, nous pouvons concevoir un système beaucoup plus simple et compact.

Aux USA et en Allemagne, l'argent est plus facilement investi dans la recherche que chez nous , ce qui explique que cette technologie soit peu connue en France.

Le moteur stirling est destiné à se développer. Sa technologie simple nous permettra de la dupliquer pour toutes les gammes de puissances, de la petite maquette fournissant quelques milliwatts, jusqu'aux grandes unités de production, en passant par les versions intermédiaires à installer dans nos jardins. Tous les domaines d'activités seront concernés.
Par exemple dans le domestique, en remplaçant le système de refroidissement des réfrigérateurs (actuellement polluants par l'utilisation des gaz fréon R22 interdit à la vente mais remplacé par le R410 ... ne détruisant plus la couche d'ozone mais est 20 000 fois plus gaz à effet de serre que le CO2) par un moteur stirling fonctionnant en pompe à chaleur sans fluides frigorigen ; mais aussi dans l'industrie en récupérant les pertes thermiques pour les réinjecter et produire de l'électricité etc. Les applications sont nombreuses et quasi illimités !


pour exemple cette pompe à eau solaire stirling LTD





DEFINITION DU :
cycle de Stirling
(du nom des deux frères Robert et James Stirling)

Cycle thermodynamique théorique d'une machine motrice ditherme réversible, formé de la succession de quatre phases d'évolution d'un gaz parfait entre deux sources de chaleur de température constante et uniforme séparées par un échangeur adiabatique et isochore.

Utilisant n'importe quel combustible et produisant peu de gaz polluants, le moteur à cycle de Stirling connaît un regain d'intérêt malgré son coût de fabrication élevé.

Le Moteur Stirling est un moteur à combustion externe, le fluide principal est un gaz à une modeste pression et est soumis à 4 cycles : chauffage, détente, refroidissement puis compression. On l'appelait au début moteur à air chaud.

Robert Stirling n'a pas inventé le moteur Stirling, mais il l'a muni en 1816 d'une amélioration suffisamment importante pour lui donner une réelle extension : un récupérateur ("régénérateur") entre les deux pistons.

Peu connu du grand public, mais une référence des spécialistes, ce moteur a de nombreux avantages. Il fut très répandu au temps de la domination des machines à vapeur.

Actuellement, on sait cependant construire des machines à air chaud ou moteurs Stirling dont le rendement dépasse de très loin celui des moteurs à explosion.

Sommaire
•1 Principe, avantages et inconvénients
•2 Utilisation
•3 Les trois types de moteur Stirling
•4 Histoire
•5 Voir aussi
◦5.1 Articles connexes
◦5.2 Bibliographie sur Wikipédia
◦5.3 liens externes



Principe, avantages et inconvénients
•Le principe est relativement simple : le fluide principal qui produit un travail est un gaz (air, hydrogène ou hélium) à une modeste pression et est soumis à un cycle de Carnot à 4 temps, séparé par deux phases de déplacement : chauffage, détente, déplacement vers la source froide, refroidissement, compression, retour vers la source chaude.
•Alimentation : La source chaude du moteur peut être alimentée par une source quelconque : combustion externe de dérivés du pétrole, le gaz naturel, le charbon, le bois, etc. mais aussi énergies renouvelables comme l'énergie solaire ou l'énergie géothermique.
•Silencieux : L'absence d'explosion au cours du cycle moteur le rend particulièrement silencieux et réduit les contraintes mécaniques.
•Entretien facile : L'entretien du moteur Stirling est facilité par son absence d'échange de matière avec son environnement.
•Bon rendement : il peut avoisiner les 40% (soit 80% du maximum du cycle de Carnot), contre environ 35% pour les moteurs à explosion : si la différence de 5 points parait faible, elle signifie quand même près de 15% (5/35) d'économie d'énergie. Les moteurs électriques, dont le rendement peut certes atteindre 95%, ne sont pas comparables, car l'électricité est une forme d'énergie elle-même difficile à stocker et à produire avec un bon rendement, ce qui est une limite forte pour certaines applications.
•Réversible. Le cycle de Carnot est réversible, le moteur Sirling l'est aussi : entraîné par un autre moteur, il devient une pompe à chaleur capable de refroidir à - 200°C ou de chauffer à plus 700°C, selon le sens d'entraînement. Ceci, sans employer de gaz avec des propriétés spéciales qui leur confèrent des inconvénients pratiques ou chimiques (comme le fréon des machines frigorifiques usuelles, destructeur de la couche d'ozone).
•Difficulté: La principale difficulté de conception de ce moteur est l'étanchéité du ou des pistons. De plus la variation de régime de ce moteur est très difficile à réaliser car elle ne peut se faire qu'en agissant sur le taux de compression du fluide de travail.

Utilisation
•Il a été utilisé pour une classe de sous-marins suédois, non seulement en raison de son silence, propriété cruciale pour les sous-marins, mais aussi pour la beaucoup plus faible production de gaz imbrûlés nécessaire à l'apport d'un gradient thermique (une différence de température) à un moteur Stirling ; en effet, un sous-marin en plongée ne peut évacuer des gaz qu'en les comprimant à une pression au moins égale à celle du milieu ambiant, nécessitant (ou gaspillant) une part non négligeable de l'énergie disponible à bord.
•Ce moteur équipe aussi certaines classes de frégates américaines, des drones. La Nasa l'a étudié pour fournir de l'énergie aux satellites et sondes spatiales car son rendement est meilleur que les panneaux solaires. Ce projet a été abandonné au profit des panneaux solaires car ceux-ci ne comportant pas de pièces mobiles, les risques de pannes sont moindres que sur un moteur avec de nombreuses pièces mécaniques.
•La principale application commerciale du Stirling est dans le domaine de la réfrigération industrielle et militaire. Il sert de machine pour la liquéfaction des gaz et comme refroidisseur pour les système de guidage militaire infrarouge.

Les trois types de moteur Stirling
•Un Stirling alpha contient deux pistons de puissance séparés, un piston « chaud », et un piston « froid ». Le piston chaud est situé près de l'échangeur à la plus haute température, et le piston froid, est situé près du point d'échange de température la plus basse. Ce type de moteur a un ratio puissance-volume très élevé, mais a des problèmes techniques, liés (fréquemment) aux températures trop élevées du piston chaud pour ses joints.
•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. Il est à noter que des petits moteurs stirling ont été développés sans piston.
•Un Stirling gamma est un Stirling bêta, sur lequel le piston de puissance, n'est pas monté coaxialement avec le piston de déplacement. Cette configuration produit un rapport de compression plus faible, mais est généralement plus simple mécaniquement, et est souvent utilisé dans les moteurs Stirling à plusieurs cylindres.

Histoire
•Souvent les chaudières à vapeur explosaient, Robert Stirling imagina un moteur sans chaudière soumise à de trop fortes pressions.
•Stirling déposa son brevet le 27 septembre 1816.
•En 1843, son frère James "industrialisa" ce moteur, pour une utilisation dans l'usine où il était ingénieur.
•1938, la société Philips investit dans un "moteur Stirling", un moteur de plus de 200 chevaux, avec un rendement supérieur à 30%.


Moteur Stirling
Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.

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Sinon, à part le manuel des moteurs Stirling pour le modéliste de Daniel Lyonnet, vous ne trouverez que les 2 ouvrages de RUDY MEMIN ( livre avec plans de maquettes stirling ...)
C'est à Rudy Memin que je dois mon intérêt pour les Stirling, je l'ais rencontré il y a 12 ans au salon du modelisme à Paris, je lui avais acheté son livre sans savoir qui il était à ce moment, maintenant je regrette de ne pas avoir pensé à lui demander une dédicasse sur mon livre à l'époque !
Une autre référence du Stirling en France : Rudy Memin

Rudy Memin est le précurseur Français sur le sujet : on dit souvent qu'il est le Pape Français du Stirling !


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Ces Etranges Machines à air chaud 28,00 €
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Rudy Memin, membre des Thermiciens Français, ingénieur et designer, et "Meilleur Ouvrier de france" a construit à ce jour 115 moteurs Stirling d'une facture très personnelle (4 d'entre elles ont été réalisées pour le Palais de la Découverte à Paris)...



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