Stirling Motoru Nedir? Nasıl Çalışır?
Stirling Motoru Nedir?
İskoç asıllı bir Rahip olan Robert Stirling, 1816 yılında dışarıdan ısı vermeli ilk sıcak hava motorunu tasarlamış ve kardeşi James Stirling tarafından imal etmiştir. ki kardeşin yaşadığı dönemde çoğunlukla tehlikeli buharlı makinaların kullanılması, Stirling kardeşleri alternatif ve güvenilir bir yol bulmaya itti. İki kardeşin istediği şey ısı enerjisini doğrudan hareket enerjisine dönüştürmekti. Kapalı bir haznenin dışarıdan ısıtılması ile oluşan enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren Sterling motoru aynı zamanda sıcak hava motoru olarak da bilinir. En önemli özelliklerinden birisi rejeneratör kullanımı olan bu motorun teorik çevrimi iki sabit hacimden ve iki sabit sıcaklık işleminden oluşmaktadır. 19.yy’ın sonlarına kadar bir çok çeşidi mekanik güç amaçlı kullanılsa da 20.yy’ın başlarında petrolün ve içten yanmalı motorların kullanımındaki gelişmeler ile eski önemini yitirmeye başlamıştır.
Sonrasında 20.yy’ın ikinci yarısında ortaya çıkan petrol krizi sebebiyle yeniden ele alınan stirling motorlarda bu dönemde büyük bir gelişme sağlanmıştır. Tam kapalı tip stirling motorlar sayesinde farklı gazlarla (özellikle ısı depolama kapasitesi daha yüksek olan He ve H) çalışma imkanı ortaya çıkmış, ayrıca motor yüksek basınçlı çalışma gazları ile doldurularak küçük hacimli motorlardan yüksek güç elde edilmiştir. Bugün NASA başta olmak üzere Ford, MAN, United Stirling ve Philips gibi firmalarda bu konudaki çalışmalar halen devam etmektedir.
Önerilen Yazı » Servo Motor Nedir? Nasıl Çalışır? Özellikleri Nelerdir?
Stirling Motoru Nasıl Çalışır?
Güç pistonu, volan, piston, soğutucu ve ısıtıcı parçalara sahip olan Stirling motoru, yalıtılmış bir miktar gazın ısıtılma ve soğutulma işleminin sürekli olarak tekrar edilmesi ile çalışır. Gaz kanunlarına göre ısıtılan havanın hacmi büyür, soğutulan havanınsa hacmi azalır. Bu tip motorlar yalıtılmış olarak bir miktar çalışma gazının ısıtma ve soğutma işlemini gerçekleştirmesiyle çalışır.
Gaz ısıtıldığında basıncı yükselir ve güç strokunu harekete geçirir. Gaz soğutulduğunda piston basınç düşer, bunun sonucunda pistonun dönüş strokunda gazı yeniden sıkıştırmak için oluşan işin bir kısmını oluşturur. Ortaya çıkan iş mil üzerinde bir güç oluşturur. Çalışma gazı sıcak ve soğuk ısı eşanjörleri arasında gidip gelir. Çalışma gazı yalıtılmış bir ortamda bulunduğundan ötürü burada egzoz gazı bulunmaz.
Ortaya çıkan net iş mil üzerinde bir güç oluşturur. Çalışma gazı soğuk ve sıcak ısı eşanjörleri arasında periyodik olarak akar. Ancak bazı Stirling motorları soğuk ve sıcak depolar arasında ileri ve geri çalışma gazının hareketi için ayırıcı bir piston kullanır. Çoklu silindirlerde bulunan güç pistonlarının birbirine bağlı olması silindirlerin farklı sıcaklıklarda tutulması ile birlikte çalışma gazı hareketini gerçekleştirir. Bazı stirling motorlarda çalışma gazını sıcak ve soğuk kısımlarda ileri ve geri hareket ettirmek için ek bir piston daha kullanılır. Çoklu silindirlerin güç pistonlarının birbirine bağlı olması sayesinde silindirlerin farklı sıcaklıklarda tutulmasıyla çalışma gazı hareket eder.
Önerilen Yazı » Hidrolik Motor Nedir? Nasıl Çalışır?
Stirling Motoru Kriterleri
Stirling motorları tasarlanırken genellikle yüksek verimlilik ve güç elde etmek amacıyla bazı noktalara dikkat edilir. Stirling motorlarında ölü hacim motor gücünü düşürdüğü için ölü hacim seviyesi minimumda tutulur. Ölü hacim diye bahsedilen şey, pistonun temas halinde bulunmadığı hacimdir. Bu ölü hacim ısıtıcı, soğutucu, rejeneratör ve diğer boşluk oluşturan tüm alanlardır. Bu hacim her zaman sabittir. Çalışma gazının ısısını olabildiğince maksimum seviyeye çıkarmak için bir ısıtıcı tasarlanmalıdır.
Gaz ısıtıcıdan çıktığı zaman sıcaklık ısıtıcı duvarlarına olabildiğince yakın olmalıdır. Bunun için gazın geçeceği geçitlerin ya da tüplerin dar ve uzun olması gerekir. Çalışma gazını minimum seviyeye indirmek için de bir soğutucu tasarlanmalıdır. Bu işlem de az önce bahsedilen geçitlerin yine aynı şekilde uzun ve dar olmasıyla sağlanabilir. Pompalama sonucunda meydana gelen kayıpların da minimum seviyede tutulması gerekir. Meydana gelen kayıplar çalışma gazının ısıtıcı, soğutucu ve rejeneratör üzerinden geçerken dar borular ve geçitler içerisinde oluşan sürtünme kayıplarıdır. Bahsedilen bu kayıpların en az seviyeye inmesi için ısıtıcı ve soğutucuda çok sayıda tüp ve geçit olmalı aynı zamanda büyük hacme sahip bir rejeneratör kullanılmalıdır.
Stirling Motorun Avantajları
• Motorun diğer motor tiplerine göre daha basit yapıda olması ve valf ihtiyacını duymaması
• Düşük basınçlarda işletilebilmesi
• Çevreye daha az zararlı ve verimlidir.
• Isı dış kaynaklıdır ve ısı sağlam için devamlı bir yanma işlemi gerekir. Bu da yanmamış yakıt oranını büyük ölçüde düşürür.
Stirling Motoru Dezavantajları
• Özellikle küçük ısı farklı ile çalışanları ısı eşanjörü nedeniyle gücün çoğunu kaybederler.
• Güç çıkışı sabittir ve bir seviyeden diğerine geçilmesi hızlı olmaz.
• Motor çabuk olarak devreye giremez sıcaklığın iyice yükselmesi gerekir.
