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Introduction • Découvert en 1816 par R. Stirling • Gaz contenu dans une enceint

Introduction • Découvert en 1816 par R. Stirling • Gaz contenu dans une enceinte fermée subissant des modifications de température et de pression • Combustion externe (contrairement au moteur à explosion) • Ecologique Le moteur Stirling Historique • Découvert en 1816 par R. Stirling pour remplacer les moteurs à vapeur • Fin du XIXe siècle : quelques applications aux Etats-Unis (« moteur à air chaud ») • XXe siècle : délaissé au profit du moteur à explosion, plus puissants pour les besoins urgents de la guerre • Années 1960 : Philips en équipe quelques véhicules, mais abandonne vite faute de rentabilité Le moteur Stirling Fonctionnement Variation de température Comme la base du contenant est à haute température, ce volume de gaz se réchauffe. Travail = Force · Déplacement Déplacement du gaz Un grand volume de gaz est chassé vers le bas du contenant (becher). Variation de pression L’augmentation de la température du gaz déplacé engendre l'accroissement de la pression globale du système. (Le volume est quasi constant) p1 p2 ----- = ------- T1 T2 Force appliquée La pression du gaz est captée par le piston moteur (membrane). Celle- ci applique alors une force vers le haut sur le vilebrequin par l’entremise de la tringle et de la bielle. Force = Pression · Surface Variation du volume Le volume de gaz du système augmente et engendre une légère diminution de la pression. (La température est quasi constante) p1 · V1 = p2 · V2 Travail effectué L’augmentation du volume du gaz provoque un déplacement vers le haut de la bielle du piston moteur. À ce moment, le vilebrequin est dans la position idéale pour recevoir la force qui provoque la rotation du moteur. 1 Variation de température Comme la base du contenant est à haute température, ce volume de gaz se réchauffe. Travail = Force · Déplacement Déplacement du gaz Un grand volume de gaz est chassé vers le bas du contenant (becher). Variation de pression L’augmentation de la température du gaz déplacé engendre l'accroissement de la pression globale du système. (Le volume est quasi constant) p1 p2 ----- = ------- T1 T2 Force appliquée La pression du gaz est captée par le piston moteur (membrane). Celle- ci applique alors une force vers le haut sur le vilebrequin par l’entremise de la tringle et de la bielle. Force = Pression · Surface Variation du volume Le volume de gaz du système augmente et engendre une légère diminution de la pression. (La température est quasi constante) p1 · V1 = p2 · V2 Travail effectué L’augmentation du volume du gaz provoque un déplacement vers le haut de la bielle du piston moteur. À ce moment, le vilebrequin est dans la position idéale pour recevoir la force qui provoque la rotation du moteur. 1 Travail = Force · Déplacement Travail = Force · 0 m Travail = 0 N·m Travail effectué À ce moment précis la force appliquée par le piston ne provoque aucun déplacement. Le vilebrequin est dans une position où la transformation du mouvement est impossible. Le moteur tourne alors sur son élan grâce à son volant d’inertie. 2 Travail = Force · Déplacement Déplacement du gaz Un grand volume de gaz est chassé vers le haut du contenant (becher). Variation de température Comme le haut du contenant est à basse température, ce volume de gaz se refroidi. Variation de pression La diminution de la température du gaz déplacé engendre l'abaissement de la pression globale du système. (Le volume est quasi constant) p1 p2 ----- = ------- T1 T2 Force appliquée La pression du gaz est captée par le piston moteur (membrane). Celle- ci applique alors une force vers le bas sur le vilebrequin par l’entremise de la tringle et de la bielle. Force = Pression · Surface Variation du volume Le volume de gaz du système diminue et engendre une légère augmentation de la pression. (La température est quasi constante) p1 · V1 = p2 · V2 Travail effectué La diminution du volume du gaz provoque un déplacement vers le bas de la bielle du piston moteur. À ce moment, le vilebrequin est dans la position idéale pour recevoir la force qui provoque la rotation du moteur. 3 Travail = Force · Déplacement Déplacement du gaz Un grand volume de gaz est chassé vers le haut du contenant (becher). Variation de température Comme le haut du contenant est à basse température, ce volume de gaz se refroidi. Variation de pression La diminution de la température du gaz déplacé engendre l'abaissement de la pression globale du système. (Le volume est quasi constant) p1 p2 ----- = ------- T1 T2 Force appliquée La pression du gaz est captée par le piston moteur (membrane). Celle- ci applique alors une force vers le bas sur le vilebrequin par l’entremise de la tringle et de la bielle. Force = Pression · Surface Variation du volume Le volume de gaz du système diminue et engendre une légère augmentation de la pression. (La température est quasi constante) p1 · V1 = p2 · V2 Travail effectué La diminution du volume du gaz provoque un déplacement vers le bas de la bielle du piston moteur. À ce moment, le vilebrequin est dans la position idéale pour recevoir la force qui provoque la rotation du moteur. 3 Travail = Force · Déplacement Travail = Force · 0 m Travail = 0 N·m Travail effectué À ce moment précis la force appliquée par le piston ne provoque aucun déplacement. Le vilebrequin est dans une position où la transformation du mouvement est impossible. Le moteur tourne alors sur son élan grâce à son volant d’inertie. 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 N.B. La loi de Charles (effet de la température sur le volume d’un gaz) peut être utilisée lors d’une explication. Cependant, elle constitue un raccourci qui rend l’explication moins étoffée. En effet, comme la pression n’y est pas présente, les forces appliquées risquent de ne pas être abordées. Loi de Charles V1 V2 ----- = ------- T1 T2 Le moteur de Robert Stirling Fonctionnement théorique > Cycle de Stirling Fonctionnement théorique > Le rôle du déplaceur Fonctionnement théorique > Les types de moteur Type Alpha Deux cylindres L’un chaud, l’autre froid Le gaz passe de l’un à l’autre alternativement La source chaude est du côté rouge, la source froide est du côté bleu. Elle est entourée d'un système dissipant la chaleur (dissipateur thermique). Type Alpha Fonctionnement théorique > Les types de moteur Type Beta Un seul cylindre Le gaz passe du côté froid au côté chaud alternativement grâce au déplaceur Source chaude coté rose, source froide coté gris, piston de déplacement en vert, piston moteur en bleu. Type Beta Fonctionnement théorique > Les types de moteur Type Gamma Compromis entre Alpha et Beta : Deux cylindres Un déplaceur Le deuxième cylindre n’est là que pour loger le piston Les moteurs Stirling: Quel avenir ?  Cogénération  Chaudière électrogène à moteur Stirling Applications: • Un cycle de Stirling est formé de deux isothermes et de deux isochores alternées, ainsi que représenté sur la figure suivante : Le cycle est supposé réversible; il est décrit dans le sens moteur par un gaz parfait ( ) Application N° 1: • 1°) Calculer en fonction des températures , du taux de compression, du nombre de moles n et de R la quantité de chaleur reçue par le système au cours d'un cycle moteur réversible Q1reçue 2°) Calculer de même la quantité de chaleur cédée par le système au cours d'un cycle moteur réversible Q2cédée 3°) Calculer de la même façon le travail produit par le système cours d'un cycle moteur réversible W 4°) Calculer le rendement thermodynamique de ce cycle. 5°) Comparer ce rendement à celui du cycle de CARNOT . 6°) Si on arrive avec un régénérateur parfait à récupérer entièrement l'énergie nécessaire au réchauffage isochore au cours du refroidissement isochore, aura t- on un rendement proche de CARNOT ?. Application N° 2: • 2° ) Récepteur solaire. Les systèmes ‘parabole-moteur' sont destinés à l'électrification décentralisée car leur puissance varie de quelques centaines de Watts à quelques dizaines de kW. Ils sont destinés, par exemple, à l’électrification de villages isolés. Cette réalisation s'inscrit dans le cadre du projet international « EnviroDish » financé par le Ministère allemand de l'Environnement et plusieurs industriels de ce pays. Il a pour objectif d'implanter sur différents sites (Espagne, Italie, Allemagne, France, Inde) des systèmes « Parabole- Stirling » afin d’en mesurer l'efficacité dans différentes conditions d'ensoleillement • On distingue sur cette photographie : - la parabole servant à concentrer le rayonnement solaire ; - le bloc « moteur Stirling et alternateur » permettant de transformer l’énergie solaire en énergie électrique. a) Le concentrateur solaire. Les caractéristiques du concentrateur (réflecteur parabolique ou "parabole") sont : diamètre 8,5 m ; surface projetée (collectrice), 56,7 m2 ; distance focale, 4,5 m ; réflectivité, 94%. On supposera que l'ensoleillement E est de 1000 W.m-2 ("ensoleillement uploads/Litterature/ maintenance-en-thermique-stirling.pdf