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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Unidade de potência com motor Stirling de baixa temperatura e tubo de vórtice. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa A conversão de energia térmica de baixa temperatura em calor industrial é possível usando uma bomba de calor ou um motor de ciclo Stirling. As bombas de calor do ciclo Stirling são amplamente abordadas na literatura; aqui consideramos o uso de um tubo de vórtice, o que permite, devido ao efeito Ranque-Hilsch, obter calor a uma temperatura suficiente para aquecimento e frio para unidades de refrigeração. O esquema geral da instalação é mostrado na fig. 2.4.1. Como fonte de calor, pode-se utilizar o calor das águas residuais, o calor dos reservatórios, o calor da terra (poços). A transferência de calor para a parte aquecida do motor Stirling é realizada por um tubo de calor. O refrigerador é um ambiente de baixa temperatura - ar atmosférico no inverno, massa de gelo armazenada no verão. O motor de ciclo Stirling pode ser um motor de pistão livre Beale ou um motor acionado por diafragma. As características desses motores diferem dos motores com mecanismo de manivela; eles são completamente herméticos, o que permite o uso de quase qualquer fluido de trabalho.
Motor fig. 2.4.2. consiste em três elementos principais: um pistão de trabalho pesado, um deslocador leve e um cilindro com vedações. A cavidade de trabalho está localizada acima do pistão e é dividida em uma cavidade de compressão entre o pistão de trabalho e o deslocador e uma cavidade de expansão - acima do deslocador. A cavidade de expansão interage com o aquecedor, a cavidade de compressão interage com o resfriador. O motor (neste esquema) é usado como um compressor de gás, ou seja, o pistão de trabalho oscilante também atua como um pistão de compressor. Os estudos realizados deste tipo de motor (Agbi, 1971) mostraram seu funcionamento bastante satisfatório. Ainda mais promissor para este esquema é um motor de compressor do tipo membrana com vedação absoluta da cavidade do motor. Uma análise da eficiência termodinâmica do ciclo de um motor Stirling de baixa temperatura em comparação com condições normais revela, como esperado, baixos parâmetros operacionais: por exemplo, a uma temperatura de aquecimento de 300 K e uma temperatura de refrigeração de 250 K, eficiência térmica ciclo é de apenas 17%, mas levando em consideração o fato de que o calor renovável de baixa temperatura residual é processado aqui, o sistema torna-se bastante competitivo.
De particular interesse é o uso de um fluido de trabalho bifásico no motor. A teoria do motor Stirling mostra que, para aumentar a potência específica do motor, é necessário aumentar a pressão média do processo de trabalho. A proporção dos volumes de trabalho Vmax / Vmin para esses motores raramente excede 2-2,5 e as mudanças de pressão são inteiramente determinadas por esses números. A uma pressão inferior igual ou próxima da atmosférica, a pressão superior não excede 0,3-0,5 MPa. No entanto, fluidos de trabalho bifásicos - por exemplo (butadieno-1,3, cujo ponto de ebulição é 4,4°COM; amônia - 33°COM; cis- e trans-buteno-2 +3 e 0, respectivamente°C, etc.) permitem obter uma pressão média de ciclo mais elevada. Para qualquer fluido de trabalho, o volume específico do líquido é muito menor que o volume do vapor saturado. Com o aumento da pressão média, a potência de saída aumenta e a transferência de calor através dos processos de evaporação e condensação melhora. Assim, ao usar um fluido de trabalho bifásico, é possível aumentar a potência de trabalho em 2-3 vezes nos mesmos limites de temperatura. As conhecidas vantagens do motor Stirling - operação silenciosa, ausência de emissões nocivas, estanqueidade e ausência de vibrações - são especialmente valiosas neste esquema, pois permitem que a unidade de energia seja colocada próxima aos aposentos . O tubo de vórtice é hoje a ferramenta mais simples e estudada para a produção simultânea de calor e frio. A relação entre os fluxos de gás quente e frio é simplesmente regulada, ou seja, No inverno, a maior parte da energia é gasta no aquecimento, no verão - no resfriamento.
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