Per la rubrica Energia e Futuro andiamo oggi a presentare una tecnologia dalle potenzialità estremamente vaste, andando ad introdurre il Motore Stirling.
Tale argomento viene introdotto subito dopo avere parlato lungamente di tecnologie solari, in quanto tale tipo di motore può essere a sua volta applicato per produrre energia sfruttando l’irraggiamento del Sole, e con questi post vedremo come.
UN P0′ DI STORIA SULLE MACCHINE TERMICHE
Quando si discute sulle varie tecnologie che quotidianamente utilizziamo, o che vengono proposte, spesso si scopre che le idee fondamentali, o le tecnologie di base di tali soluzioni sono state definite in molti casi in tempi piuttosto lontani da quelli attuali, e nonostante tutto tali soluzioni risultano spesso attuali ed estremamente valide.
Esempi di ciò se ne possono trovare tantissimi, si può pensare al motore alternativo a combustione interna per esempio, la cui invenzione andrebbe attribuita agli Italiani Eugenio Bersanti e Felice Matteucci nel 1853, e nonostante gli oltre 150 anni di vita, tale tipo di motori risultano ancora oggi diffusissimi, e seppure completamente differenti in termini di prestazioni, dimensioni, pesi e caratteristiche generali dai loro predecessori, i principi a cui si ispirano risultano sempe gli stessi, oppure si può pensare alla macchina a vapore, adottata largamente in tantissimi campi fino ad un suo rimpiazzo quasi ovunque proprio ad opera dei motori a combustione interna, e tanti altri esempi possono ancora venire fatti.
Per potere esaminare il soggetto di questo post è necessario prima comprendere il periodo storico in cui questo è stato sviluppato, in modo da comprendere quali idee vennero applicate per il suo sviluppo.
Agli inizi del 1800 vi era una forte competizione tra la tradizionale macchina a vapore ed i primi motori ad aria calda, in quanto ognuna di queste soluzioni presentava vantaggi e svantaggi reciproci, ed entrambe venivano largamente utilizzate durante la prima profonda meccanizzazione che la storia abbia conosciuto, ovvero la prima Rivoluzione Industriale avvenuta in Inghilterra, tra la fine del 1700 e gli inizi del 1800.
Il motore Stirling nasce proprio in questo contesto, ufficialmente inventato da Robert Stirling nel 1816, partendo dall’idea di migliorare i motori ad aria calda esistenti allo scopo di migliorarne il rendimento, e quindi le potenzialità.
MOTORE STIRLING – PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO
Sostanzialmente un motore Stirling opera in un circuito chiuso all’interno del quale si trova il fluido operativo, il quale è di tipo comprimibile, ovvero un gas (aria od altri gas adatti) il quale viene riscaldato da una sorgente termica qualsiasi, si espande ad opera del calore che acquisisce e cede lavoro ad un organo mobile (pistone) raffreddandosi in parte grazie all’espansione, e tornando in ciclo una volta raffreddato, ovvero venendo nuovamente riscaldato dalla sorgente termica e si ha la ripetizione del ciclo.
In maniera più semplice si può dire che il motore opera in maniera “pulsante“, ovvero si ha una pulsazione ciclica del fluido che subisce continuamente (finché la sorgente termica fornisce calore) una serie di riscaldamenti – raffreddamenti attraverso i quali acquisisce energia dalla sorgente e la trasmette all’organo mobile che la trasforma in lavoro meccanico.
In virtù della semplicità costruttiva di tale motore, e delle problematiche che si avevano con i motori a vapore, inizialmente realizzati con materiali che non garantivano l’adeguata sicurezza ad una macchina che operava in pressione, problemi però ben presto superati (e tale superamento decretò anche la quasi scomparsa dei motori Stirling tra le grandi macchine termiche industriali), i motori Stirling godettero di un grande successo che li vide rappresentare la migliore scelta almeno fintanto che la qualità dei materiali e della costruzione dei motori a vapore rimase bassa.
Un grande vantaggio del motore Stirling è rappresentato tutt’ora dalla totale assenza di valvole o dispositivi di immissione ed estrazione del fluido, pertanto le uniche parti in movimento sono i pistoni e l’albero di trasmissione, che però non risultano sottoposti a particolari stress termomeccanici, con conseguente scarsissima richiesta di manutenzione per tali motori.
Nei prossimi post esamineremo con maggiore dettaglio le loro caratteristiche costruttive e le differenti realizzazioni, anche grazie all’impiego di immagini, oltre che esaminare gli aspetti termodinamici del ciclo e gli impieghi di tali motori nel passato, quelli attuali e le prospettive future.
