LA MACCHINA DI STIRLING

Ritratto di Robert Stirling. Foto tratta dal sito people.zeelandnet.nl

INTRODUZIONE

La macchina di Stirling fu inventata nel 1816 dal reverendo scozzese Robert Stirling e realizzata praticamente insieme al fratello James. Come ogni macchina termica, essa trasforma il calore assorbito da una sorgente esterna in lavoro (nel nostro caso in laboratorio, la macchina di Stirling trasforma il calore della fiamma del fornello ad alcool nel lavoro che fa girare la ruota).

La principale particolarità di questo motore è quella di funzionare senza fare ricorso a valvole: le sole parti in movimento sono i pistoni i cui movimenti determinano le quattro fasi della macchina termica (riscaldamento, espansione, raffreddamento, compressione).

I vantaggi principali della macchina di Stirling sono la sua bassa manutenzione, la sua silenziosità (come avete potuto osservare in laboratorio: durante il suo movimento la macchina non emetteva alcun suono) e i bassisimi attriti (infatti, la macchina ha continuato a muoversi da sola per quasi un minuto dopo che era stata spenta la fiamma). Il basso attrito è stato ottenuto grazie all'intercapedine presente tra il pistone ed il cilindro (vedi lo schema sottostante) che annulla lo sfregamento fra le due parti.

SCHEMA DELLA MACCHINA DI STIRLING

Sotto di voi vi è il disegno schematico della nostra macchina di Stirling, vista dall'alto.

A: camera di riscaldamento; la fiamma è posta sotto A.

B: camera di espansione-compressione.

C: camera di raffreddamento

d: condotto che unisce B a C (Tale condotto è poso visibile perché è dentro la parte metallica che collega B a C. E' però ben visibile l'apertura che dà direttamente su C)

Adesso descrivo brevemente le quattro fasi. Per capire bene il funzionamento della macchina dovete avere presente due artifici tecnici che sono fondamentali per il suo funzionamento:

• il gas può passare liberamente dalla camera A a quella B e viceversa perché il pistone non è sigillato al cilindro ma lascia una piccola intercapedine.
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• il gas può passare liberamente dalla camera B alla camera C e viceversa attraverso il condotto d. Di conseguenza, il gas può passare direttamente dalla camera C a quella A passando prima per il condotto d e poi lungo l'intercapedine fra B e A.

Detto questo... partiamo!

1) RISCALDAMENTO: la camera A è tutta aperta; B e C sono chiuse (figura sotto). Il gas è tutto in A e si riscalda: così facendo, si espande ed inizia a passare da A in B. Perciò A inizia a chiudersi, B inizia ad aprirsi.

2) ESPANSIONE: la camera B si espande del tutto, spingendo in avanti il pistone. La camera A è quasi tutta chiusa (vedi figura sotto), perciò il gas non è più a contatto della fiamma ed inizia la fase di raffreddamento.

3) RAFFREDDAMENTO: la camera B si chiude mentre la camera C si apre. Il gas viene perciò spinto da B in C, lontano dalla fiamma, e si raffredda (vedi figura sotto).

4) COMPRESSIONE: la camera C si chiude, spingendo il gas in avanti. La camera B è ancora chiusa ed il gas perciò viene spinto in A (vedi figura sotto), dove inizia a riscaldarsi di nuovo. Il ciclo può perciò ricominciare.

(La figura usata per il background è stato ripresa dal logo della città di Napoli)