La source de chaleur est normalement une forme de combustion, et puisque – dans une conception Stirling – ce processus est séquestré de la conversion en énergie, une large gamme de carburants peut être utilisée qui provoquerait la panne d'un moteur à combustion interne. Des sources alternatives, notamment nucléaires, solaires et biocarburants, peuvent être utilisées pour générer la chaleur qui fait fonctionner les moteurs Stirling. Avec une source de chaleur en place, un moteur Stirling peut être agencé pour convertir l'énergie en puissance de plusieurs manières différentes. Ces écarts se concentrent principalement sur le placement des pistons et des cylindres. Chaque design Stirling différent est distingué et référencé par une lettre grecque. Par exemple, une conception Alpha incorpore deux pistons dans des cylindres séparés qui vont et viennent pour générer de la puissance. Alternativement, une conception Beta abrite deux pistons dans le même cylindre. Un piston assure la production d'énergie du moteur, tandis que l'autre est limité uniquement au cyclage du gaz chaud vers l'extrémité la plus froide du cylindre.
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Cela peut être pratiquement tout ce qui utilise de la chaleur à basse température. Il s'agit souvent d'une utilisation d'énergie préexistante, comme le chauffage de locaux commerciaux, le chauffage d'eau résidentiel ou un procédé industriel. Les centrales thermiques du réseau électrique utilisent du combustible pour produire de l'électricité. Cependant, il existe de grandes quantités de chaleur résiduelle qui ne sont souvent pas utilisées. Dans d'autres situations, un carburant de haute qualité est brûlé à haute température pour une application à basse température. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, un moteur thermique peut générer de l'énergie à partir de cette différence de température. Dans un système CHP, la chaleur primaire à haute température pénètre dans le réchauffeur du moteur Stirling, puis une partie de l'énergie est convertie en énergie mécanique dans le moteur et le reste va au refroidisseur, où il sort à basse température. La chaleur "perdue" provient en fait du refroidisseur principal du moteur, et peut-être d'autres sources comme l'échappement du brûleur, s'il y en a un.
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Cette activité est un exemple de SAE en lien avec le cours optionnel de chimie. Il s'agit d'une activité de formation qui s'articule autour d'une tâche complexe faisant appel aux concepts visés par la loi générale des gaz. • Coup d'oeil sur la SAE – Le moteur Stirling • Canevas de la SAE – Le moteur Stirling • Cahier de l'élève – Le moteur Stirling • Guide de l'animateur – Le moteur Stirling • Évaluation de la SAE – Le moteur Stirling • Séquence vidéo où l'on peut voir le moteur Stirling en action • Explications du moteur Stirling (PowerPoint) • Représentation 3D du moteur Stirling (Sketchup) • Fabrication du moteur Stirling • Gabarit du vilebrequin à imprimer en 8, 5 x 14 (Doc)
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Lorsqu'on parle d'un moteur quelconque, le moteur Stirling par exemple, une des premières idées qui vient à
l'esprit est "Pourquoi n'y en a-t-il pas un sur ma voiture? ". C'est une bonne question. En fait, on peut s'interroger de façon plus large en citant l'automobile, certes,
mais aussi l'avion, le bateau et d'autres véhicules. Ci-dessous, nous allons essayer de recenser les différents domaines d'application du moteur Stirling en tant
que moyen de propulsion. En faisant cela, nous allons également répertorier les succès, les échecs du moteur
Stirling mais aussi les espoirs qu'on peut placer en lui. 1. Sur terre: l'automobile. L'utilisation du moteur Stirling comme moyen de propulsion d'une automobile fait partie du passé
(mais peut-être aussi de l'avenir). En effet, la société Philips a étudié au cours des années 1940 à 1980
diverses applications du moteur Stirling. Une de celles-ci consistait à équiper une Ford Torino, mais cet
essai ne fut pas transformé et le projet abandonné. Les raisons sont probablement liées à la difficulté d'avoir
un moteur capable de faire varier rapidement sa puissance et son régime.
Il paraît donc judicieux, pour le moins, de s'y intéresser...
- Le Centre de Développement des Energies Renouvelables
d'Alger estime que le Sud de l'Algérie, le Sahara, reçoit en moyenne annuelle un rayonnement solaire de
7 kWh/m 2 /jour. - Si on résume ce qui précède, 54 800 km 2 de Sahara suffiraient à alimenter la Terre entière
en énergie! (1/10 000 ème de la surface totale de la Terre). Soit un carré de 235 km de côté si le système de
conversion à un rendement de 100% (c'est le carré rouge sur la carte ci-dessus! ), de 330 km de côté avec un
rendement de 50% ou 520 km de côté avec un rendement de 20%. 1. Les concentrateurs de rayonnement solaire:
Les différents concentrateurs font appel aux propriétés de la parabole que nous rappelons succinctement
ci-dessous:
- l'équation d'une parabole est de la forme y=ax 2
- tout rayon parallèle à l'axe de la parabole est réfléchi en son foyer F. Voir l'animation ci-dessous. En alignant une parabole vers le soleil, toute l'énergie venant de celui-ci
sera concentrée en un seul point.
Compte tenu des progrès effectués dans le domaine des batteries, est-on sûr de ne pas revoir sur le marché une
petite sœur de ce véhicule? 2. Sur mer: les sous-marins et les bateaux. La société Kockums a développé au cours des années 1980 son moteur AIP. Celui-ci a fait ses preuves à bord
du sous-marin français SAGA. ( pour en savoir plus)
On peut voir ce moteur sur la photo ci-contre (Source photos:). Ce moteur a ensuite été installé à bord de sous-marins militaires de l'armée suédoise. L'autonomie de
ces bâtiments a été fortement augmenté de quelques jours de plongée à plusieurs semaines. Avec ce système,
le sous-marin est aussi capable de recharger ses batteries tout en restant immergé. En effet, les gaz
après combustion sont à une pression supérieure à celle de l'eau. La marine militaire japonaise a adopté les moteurs AIP de Kockums pour ses sous-marins Soryu (84 m de long et
4 200 tonnes de déplacement! ). Ils sont associés à un moteur diesel-électrique. Des bâtiments militaires de surface bénéficient également de cette technologie.