STİRLİNG MOTORLARI - Stirling Motorlarının Tarihçesi ve Uygulamaları

STIRLING MOTORLARI :

Robert Stirling, 1816 yılında dışarıdan ısı vermeli bir motor tasarlamış ve ilk sıcak hava motorunu imal etmiştir. Stirling’in yaptığı bu ilk motorun en önemli özelliklerinden birisi de rejeneratör kullanması olmuştur. Orjinal patent numarası 4081 ve yılı 1816 olarak kayıtlara geçen bu motorun teorik çevrimi iki sabit hacim ve iki sabit sıcaklık işleminden oluşmaktadır. İcadından 19. Yüzyılın sonlarına kadar birçok değişik çeşidi çok sayıda üretilmiş ve mekanik güç elde etmek için kul

Stirling çevrimi iki sabit hacim ve iki sabit sıcaklık işleminden meydana gelmektedir. Bu çevrime göre çalışan makinalarda 1-2 işlemi sabit sıcaklıkta sıkıştırma işlemidir. Bu işlemin sabit sıcaklıkta gerçekleşebilmesi için çalışma gazından ısı çekilmesi gerekmektedir. 2-3 işleminde harici bir kaynaktan çalışma gazına ısı verilmesi gerekmektedir. 3-4 işleminde sabit sıcaklıkta genişleme işlemidir, çalışma gazı pistona iş yaptırır. Genişleme işleminin sabit sıcaklıkta gerçekleşebilmesi için çalışma gazına ısı verilmesi gerekir. Çevrimde 4-1 işlemi son işlemdir. Bu işlem sı

lanılmıştır. 20. Yüzyılın başlarından itibaren petrolün kullanımında ve İçten Yanmalı Motorlarda (İYM) meydana gelen büyük gelişmeler bir ölçüde Stirling motorunun gelişimini olumsuz etkilemiş ve Stirling motorları İYM ile rekabet edememişlerdir. 20. Yüzyılın son yarısında meydana gelen petrol krizleri ve petrole 30-60 yıl ömür biçilmesi İYM’ın yerine ikame edilebilecek yeni makinalar üzerinde araştırmaları gündeme getirmiş ve Stirling motorları ile ilgili önemli gelişmeler 1960 yılından sonra kaydedilmiştir. Tam kapalı tip Stirling motorlarının yapılması ile motorda farklı çalışma gazları kullanma imkanı ortaya çıkmış ve aynı zamanda motor yüksek basınçlarda çalışma gazı ile doldurularak daha küçük hacimli motorlardan daha yüksek güç elde etme imkanı ortaya çıkmıştır. Özellikle Helyum ve Hidrojen gibi ısı depolama kapasiteleri havaya göre çok yüksek olan gazların kullanımıyla Stirling motoru güç çıkışında önemli gelişmeler kaydedilmiştir. Bugün dünyanın birçok ülkesinde araştırma kurumları ve çeşitli şirketler tarfından Stirling motorları ile ilgili çalışmalar büyük bir hızla sürdürülmektedir. Amerika Birleşik Devletlerinde NASA başta olmak üzere, General motor, Ford motor, Cummins motor ve birçok üniversite tarafından araştırmalar sürdürülmekte ve bu araştırmalara önemli kaynak ayrılmaktadır. Yine dünyanın önde gelen kurumlarından MAN (Almanya), Philips (Hollanda), United Stirling (İngiltere) ve birçok firma bu çalışmaları devam ettirmektedir.rasında çalışma gazından dışarıya sabit hacimde ısı atılması gerekmektdir. Stirling motorlarında 4-1 sabit hacimde durum değişime işlemi boyunca dışarıya atılan ısı bir rejeneratörde depo edilerek 2-3 sabit hacimde durum değişme işlemi boyunca aynen çalışma gazına geri verilir. Böylece çalışma gazına dışarıdan ısı verme işlemi yalnızca 3-4 sabit sıcaklıkta genişleme işleminde ve çalışma gazından ısı alınması işlemi de 1-2 sabit sıcaklıkta sıkıştırma işlemi boyunca yapılmaktadır. Şekil 1’de Stirling çevrimine ait p-V ve T-S diyagramları görülmektedir.

Şekil 1. Stirling çevrimine ait p-V ve T-S diyagramları.

Stirling motoru dıştan ısı vermeli bir motordur, içten yanmalı motorlara ve diğer ısı motorlarına kıyasla bir çok avantaj sağlamaktadır. Bu avantajları şu şekilde sıralayabiliriz:

1. Stirling motorları diğer motorlara kıyasla en büyük termik verime sahiptir ve uzun dönemde veriminin % 50 yada daha fazla olacağı tahmin edilmektedir.

2. Stirling motoru her türlü yakıtı kullanabilir, bu yakıt gaz, sıvı yada katı, fosil, fosil olmayan veya biomas yada güneş radyasyonu olabilir.

3. Az bakım gerektirir, çünkü valf, buji ile ateşleme, dizel enjeksiyon sistemi yoktur ve silindirler kuru yağlanır.

Stirling motorları bazı dezavantajlarada sahiptir. Bunlar:

1. Tüm devrelerin büyük termik ataletlerine bağlı olarak düşük hızlanma ivmesi

2. Bir çok kısımlarının tasarımını

4. Çok uzun ömürlü olurlar, çünkü segmanlar

5. Fosil kökenli yakıtlarla çalıştırıldığında dışarıda yanmadan dolayı emisyonlar düşü

6. İçten yanmalı motorlara nazaran titreşimleri daha azdır, düzgün moment değişimine sahiptir, titreşimlere neden olan peryodik moment değişimi azdır.

7. Gürültü azdır, içten yanmalı motorlarda silindir içerisinde çok yüksek basınç ve şoklardan meydana gelen gürültüler Stirling motorunda dıştan ısı sürülmesi ile önlenmektedir.

8. İçten yanmalı motorlara oranla maliyeti daha ucuzdur. Yardımcı sistemler azdır, kam mili, supap, yağ filitresi ve pompası, hava filitresi gibi parçalar yoktur. Bu yüzden imalatı çabuk, kolay ve ucuzdur.

ile silindirlerin temasını (yanma basıncından dolayı) artıran yanma olayı yoktur. Karterde bulunan yağlama yağının silindirdeki çalışma maddesi ile teması kesilmiştir.ktür, NOx, CO ve yanmamış hidrokarbon emisyonları düşüktür.n deneysel bilgi gerektirmesi,

3. Içten yanmalı motorlara oranla daha büyük kütle ve oranlar,

4. Çalışma ve krank boşlukları arasında güvenli yalıtım güçlüğü,

olarak gösterilebilir.