Calcolo della potenza erogata da un motore Stirling
Riguardo la potenza erogata vale la formula approssimata di Beale:
Watts = 0,111 * Mpa * Cm³ * Hz con 1 Mpa = 10 atm
http://www.sesusa.org/SEDAF2.htm
Sul sito: http://members.aol.com/bkammerich/stirleengl.htm (sezione progetti)
troviamo un esempio di motore Stirling da 1,5 Kw
Per coprire potenze che, a livello domestico possono raggiungere i 3 Kw l'energia erogata da un motore Stirling potrebbe essere integrata mediante l'energia dell'impianto di rete eventualmente attraverso un inverter switching che impedisca qualsiasi disturbo sulla rete elettrica esterna, e che regoli opportunamente la potenza erogata dal motore Stirling.
In ogni caso, potendo funzionare in modo continuativo, un motore Stirling da 1,5 Kw in un anno può erogare una energia complessiva:
energia complessiva = 1,5 x 365 x 24 = 13.140 kilowattora/anno
dato che in un anno vi sono 8760 ore.
Un'altro motore Stirling è l' ST 05 G:
che ha le seguenti caratteristiche:
| gas di lavoro | aria | |
| pressione media | 10 atm | 150 psi |
| diametro pistone di lavoro | 80 mm | 3.149‘‘ |
| diametro pistone displacer | 96 mm | 3.779‘‘ |
| corsa | 75 mm | 2.952‘‘ |
| velocità di rotazione | 600 rpm | |
| coppia | 8 Nm | |
| potenza di uscita | 300 – 500 Watt | 0.4 to 0.67 hp |
| potenza a 10 atm | 355 W | 0.475 hp |
| consumo di combustibile (propano) | 225 g/ora (con 300 W di potenza di uscita) | |
| Heat input (for 300 W output) | 2.862 kW | 9769 Btu/h |
| Thermal mechanical efficiency |
Riguardo il calcolo della potenza, la formula di Beale va applicata solo alla cilindrata del pistone di lavoro (il displacer non produce lavoro);
La cilindrata del pistone di lavoro risulta:
cilindrata = 4*4*3,14159*7,5 = 377 cm³
Applicando la formula di Beale con Pmedia = 10 atm = 1 Mpascal e velocità di rotazione 600 giri/min = 10 giri/secondo si ha:
potenza calcolata = 0,111 * 1 * 377 * 10 = 418 W
superiore a quella dichiarata di 355 W; però migliorando l'efficienza, che nelle ultime versioni arriva al 22%, tale formula pratica dà risultati che si avvicinano molto meglio a quelli effettivi.
http://www.odts.de/esg/ST5engl.html
http://www.stirlingmotor.com/buecherd.htm
Nonostante la potenza massima dell' ST 05 G possa sembrare limitata, potrebbe dimezzare i consumi domestici di elettricità.
Per evitare l'utilizzo di batterie (costose) se non in condizioni di emergenza, la potenza generata dall' ST 05 G va integrata con l'energia fornita dalla rete elettrica utilizzando un inverter in grado di generare la massima potenza assorbita dall'impianto domestico (es. 3 kw).
Tale inverter dovrebbe avere due o tre ingressi separati; uno per l'energia generata dal motore Stirling, che verrebbe raddrizzata ed utilizzata come energia di base; il secondo ingresso raddrizzerebbe la tensione di rete e ne utilizzerebbe l'energia al superamento della potenza dello Stirling (500W); il terzo eventuale ingresso sarebbe collegato ad un insieme di batterie ed interverrebbe in assenza delle prime due alimentazioni.
Se per il 50% del tempo (4380 ore/anno) il motore Stirling funzionasse a piena potenza, genererebbe:
4380 * 0,5 = 2190 kilowattora/anno
il resto della potenza richiesta, compresi i picchi di potenza, sarebbe fornito dalla rete elettrica.
Per un consumo elettrico complessivo di 4400 kilowattora/anno tale motore Stirling fornirebbe appunto metà dell'energia assorbita dall'impianto domestico.
Riguardo le batterie anche le comuni batterie al piombo possono avere una notevole durata se utilizzate per erogare una potenza non superiore al 10% della loro capacità nominale; ad esempio un gruppo di 4 batterie da 12 V e 50 ampere-ora, con una capacità complessiva di 2,4 kilowattora possono esplicare una lunga durata, anche 4 anni, se la potenza assorbita o erogata alle batterie durante la ricarica non supera i 240 W; inoltre non devono mai essere scaricate completamente ma al più non oltre il 70% o 80% della loro capacità.
La potenza di 240 W però potrebbe sopperire a gran parte dei consumi notturni, mentre durante il giorno il motore Stirling potrebbe impiegare metà della potenza nella ricarica delle batterie nei periodi di basso consumo energetico; l'insieme invece della potenza del motore Stirling e di quella erogabile dalle batterie in condizioni di lunga durata (740 W) potrebbe coprire una percentuale ancora maggiore dell'energia consumata, diminuendo ulteriormente quella prelevata dalla rete elettrica.
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