Le stirling et les differents métaux

[moissan]

sur youtube on voit des stirling qui tournent mais sans resultat chiffé pour voir si il sont vraiment utile

je prefere les vieux livres sur la vapeur ou l'on parle aussi des stirling

les premier stirling construit par ses inventeur on eu du succes a l'epoque ou les machine a vapeur etaient a très basse pression donc mauvais rendement : les strirling donnaient donc facilement des performance comparable , puis la vapeur a fait des progrès et , rien du tout pour le stirling : le stirling a fini par etre vu comme un truc plus gros et plus cher qu'une machine a vapeur de même puissance : donc est passé aux oubliette

pour faire de la cogeneration en remplacant une chaudiere de chauffage central par une machine thermique , on peut imaginer remplacer la chaudiere de chauffage central par une chaudier a vapeur de même dimension et un moteur a vapeur plus petit que la chaudiere

pour faire la même chose avec un strirling , il faut que le stirling remplace la chaudiere : que toute la chaleur passe dedans , et que les radiateur soit chauffé par le circuit de refroidissement du stirling : on voit que le cylindre chaud du stirling doit avoir une surface du même ordre que la surface de chauffe de la chaudiere equivalente : c'est la que je vois le probleme : il faut un stirling gros comme la chaudiere ... donc plus gros que le moteur a vapeur

la place du stirling est donc pour les petites puissance ou l'on apprecie sa simplicité

pour le chauffage central avec cogeneration je voit la vapeur comme la solution pour faire une forte puissance electrique : donner une vraie possibilité d'autonomie electrique : autant de kW que l'on veut ... et le strirling comme un moyen de faire seulement une petite puissance electrique , une centaine de W pour assurer l'autonomie du chauffage en cas de panne electrique

le stirling permet de faire une petite cogenertion ou la puissance produite ne sert qu'a economiser un peu d'electricité de l'edf , sans contrat special pour vendre de l'energie a edf

pour rentabiliser une vraie cogeneration qui fait plusieur kW il faudrait pouvoir vendre a edf , hors les contrat actuellement possible ne sont pas favorable ... on se demande pourquoi il n'y a que la vente de puissance photovoltaique qui est favorisé

la realisation de cogeneration a vapeur ne peut se justifier que par une volonté d'autonomie sans chercher la rentabilité ... mais on n'est pas loin de la rentabilité , avec le prix de l'electricité on y sera bientot

 

[stanloc]

C'est sûr qu'à moi il me manque de voir faites des mesures de puissance restituée et de puissance dépensée.
La comparaison sterling/vapeur n'est pas tenable car les applications ne peuvent être toutes les mêmes. Il s'agit de deux mondes différents.
Il y a une chose évidente c'est que le stirling est un magnifique champ expérimental pour un passionné amateur.
Stan

Bien sûr que si qu'elle est tenable. il s'agit dans les 2 cas de moteurs qui n'ont besoin que d'une source de chaleur pour fonctionner. A ce titre ils transforment tout 2 une énergie thermique en énergie mécanique.

Je crois que ta passion t'aveugle.
Un exemple flagrant est celui de la traction ferroviaire. Le stirling a le même handicap (semble t'il) que le moteur à explosion ; il n'a aucun couple à l'arrêt. Imaginez l'embrayage d'une loco tractant un train de marchandise de 500 m de long comme j'ai vu souvent. Au démarrage la vapeur est souveraine car pas besoin d'embrayage. Les grosses loco Diesel sont en fait des diesel-électrique car avec l'électricité comme avec la vapeur pas besoin d'embrayage.
A chaque moteur ses applications en fonction de ses spécificités et comparer les uns aux autres est stérile.
La suite qui a été donné à ces moteurs est significative de leur intérêt.
Stan

 

[moissan]

quand on veut juste faire de l'electricité le stirling peut servir

mais quand on veut faire avancer un engin , la vapeur a un avntage enorme , qui a fait durer l'usage des locomotive a vapeur malgré leur autre defaut : le moteur a vapeur a une qualité de demarage enorme qui evite tout systeme de transmission

le moteur a explosion n'a pas de possibilité de demarrer a plein couple , amis une fois demarré il a une commande de puissance qui reagit instantanément et permet quand même beaucoup d'usage : possibilité de faire un bon regulateur de vitesse pour groupe electrogene 50Hz

le stirling n'a même pas de moyen rapide de commander sa puissance : impossible de faire un group electrogene 5OHz avec un alternateur simple : impossible de faire un regulateur de vitesse : si on augmente la puissance electrique demandé a l'alternateur , le temps d'augmenter la puissance du bruleur le stirling ralenti ou cale ... quand on coupe la puissance electrique le stirling s'embale le temps que le bruleur soit reduit

pour faire de l'electricité avec un stirling il faut forcement une batterie pour etre autonome ... ou injecter dans un reseau : c'est la tare des chaudiere a cogeneration a stirling actuelle : incapable de faire une autonomie electrique : reseau indispensable , ce qui vu leur prix enorme est un peu triste

en vapeur il faut aussi ajuster la puissance du foyer , mais grace a l'inertie thermique de la chaudiere on peut augmenter ou diminuer la puissance du moteur a vapeur instantanément : on peut donc faire une regulation parfaite d'un groupe electrogene : simplement quand on augment la puissance , il ne faut pas oublie augmenter le chauffage , sinon au bout d'un certain temps il n'y a plus assez de pression ... dans l'autre sens si on reduit la puissance du moteur sans reduire le chauffage on perd de la vapeur par la soupape ... c'est une petite compliquation dans la gestion du systeme mais tout est possible

alors que pour le stirling il n'y a pas de solution simple de regulation rapide

autre avantage de la vapeur : on peut faire une puissance instantané considerablement superieur a la puissance normale : c'est très interressant pour groupe electrogene : ça supporte sans broncher le demarage de n'importe quoi

 

[Titou16]

Stanloc, en l'occurrence, le sujet en fond, c'est la cogénération, pas de tracter un train. Effectivement le Stirling n'a aucun couple à l'arret tout comme les moteurs à combustion interne. Et je ne m'illusionne pas, il a de nombreux défaut. Mais le grand avantage d'être polycombustible, comme le moteur à vapeur et de pouvoir sortir de grosses puissances sous un faible encombrement, même si, évidemment, ce n'est pas et ne sera jamais à la portée de l'amateur que je suis.

Moissan, tu as raison la vapeur sera plus facile à réguler. Le régime du Stirling va beaucoup varier en fonction de la charge et la fréquence du courant va nettement s'en ressentir. Mais est ce un problème? N'a t'on pas le même problème avec une eolienne? Passer par une batterie et ensuite un onduleur, je vois pas en quoi c'est une catastrophe.

Et d'ailleurs, en y réfléchissant, la régulation du Stirling pourrait se faire bien plus rapidement que tu ne le penses par une pressurisation variable. Le tout est d'avoir un réservoir d'air comprimé, rechargé par le Stirling directement ou non, peu importe, et qui lorsque la charge augmente, envoi plus de pressurisation pour augmenter la puissance. Le tout pourrait même se faire sans electronique, mécaniquement. Juste un régulateur à boules qui au lieu d'agir sur une vanne de débit, agirait sur un régulateur de pression. Pour reprendre ta phase " c'est une petite compliquation dans la gestion du systeme mais tout est possible"

 

[moissan]

changer la pression pour commander la puissance est assez couteux en energie

bien sur qu'il est possible d'utiliser l'electricité sans bonne regulation de vitesse : avec batterie et onduleur on utilise bien les eolienne et les photovoltaique qui produisent ce qu'il veulent

cela aussi limite le stirling aux faible puissance : pour quelque centaine de Watt on y arrive avec batterie et onduleur pas trop cher

pour plusieur kW une batterie coute trop cher , et on est content d'utiliser un moteur avec une bonne regulation de vitesse permettant de s'en passer

il y aurait quand même une solution de regulation de vitesse instantané du stirling : course variable des piston : plus on reduit la course , plus on reduit la puissance produite , en reduisant aussi la consomation de chaleur : mais pas d'illusion ça ne donnera pas la possibilité de regulation de la vapeur , a moins d'ajouter une grosse inertie thermique entre le bruleur et le cylindre chaud : ces complication couteront plus cher qu'une batterie

donc on peut dire que le stirling aura toujours besoin de batterie , comme les eolienne et les photovoltaique

ce n'est pas un gros inconvenient car la même batterie peut etre chargé par ces differentes source

 

[metal89]

"le stirling n'a même pas de moyen rapide de commander sa puissance : impossible de faire un group electrogene 5OHz avec un alternateur simple : impossible de faire un regulateur de vitesse : si on augmente la puissance electrique demandé a l'alternateur , le temps d'augmenter la puissance du bruleur le stirling ralenti ou cale ... quand on coupe la puissance electrique le stirling s'embale le temps que le bruleur soit reduit"

Il faut éviter d'avoir des raisonnements à l'emporte-pièce. Le Stirling, compte tenu de l'enjeu, a fait l'objet pendant près de 40 ans de développements très actifs. Aujourd'hui si ils équipent les sous-marins c'est pas pour rien. Si on savait pas les réguler cela se saurait.
Les Stirling ne se régulent pas sur le brûleur mais sur la variation de pression de gaz (entre 35 et 220bars).
Un 4 cylindres de 200CV a été monté sur un bus urbain en Hollande. Puissance maxi 117kW (Hélium) 156 kW (hydrogène) à 2500 trs.mn avec un couple de 46 m.kg. Couple maxi 68m.kg à 600 trs/mn. En démonstration le bus aura parcouru 1600km sans encombre dans les années 1970. (certains moteurs de plus faible puissance on subit des tests d'endurance de 10000h 24/24 sans problèmes marqués)
Le couple moteur passait de 0 au max entre 0.3 à 0.5 secondes. Un dispositif dont je n'ai pas le détail exact faisait chuter le couple du max à zéro en 0.3s ( par inversion de cycle apparemment) et le moteur produisait alors un couple résistant d'environ 60% du couple maxi.
La variation d'injection de carburant sert à optimiser la combustion, cette injection est commandée par la détection de variation de température de l'échangeur chaud, car les Stirling fonctionnent à température constante (ou à peu près). Si une charge trop importante est demandée au cylindre chaud celui-ci se refroidit et bien sûr l'inverse.

Tout ceci n'est pas une raison pour se démotiver et ne pas et passer du bon temps à se creuser la cervelle pour bien comprendre les principes physiques et obtenir un moteur très convenable
Patrick

 

[Guy69]

bonsoir
a toutes fins utiles, et pour illustrer qu'il existe bel et bien des Stirling industriels je poste ce lien sur Whispergen que vous connaissez sûrement.
http://www.whispergen-europe.com/stirling_en.php?fm=stirling&fp=The%20Stirling%20Engine

Je m'y étais intéressé pour leur gamme marine (production d'eau chaude et d'électricité pour les voiliers) qui était très chère mais superbe (produire de l'éelctricité sans le bruit du diesel, quel pied!). Malheureusement un tremblement de terre en Nouvelle Zélande avait détruit leur usine, je ne sais plus très bien où ils en sont.
Superbe produit à mon sens (tout ignare que je sois).
J'attends donc maintenant que Titou16 nous ponde une telle merveille en DYI (je sais, ce ne sera pas à la portée d'un usineux débutant comme moi...)


Bonne semaine à tous
Guy

 

[Guy69]

et pour ceux que le Wooble-Yoke intéresse, voici le PDF expliquant leur brevet

Désolé d'avoir pollué le post, je sors...

Bonne semaine
Guy Voir la pièce jointe wooble yoke.PDF

 

[Itus]

Salut,

Un détail, dans un Stirling, il y'a une masse gazeuse en oscillation, ça ne vous rappelle pas le principe des enceintes basses reflex ? Et a un niveau moindre, celui des accords d'admission (et d’échappement) sur les moteurs plus classiques ?
M'es avis que ça ne suffit pas de chauffer et refroidir, mais aussi de voir s'il ne se produit pas des "bouchons acoustique" a certaines fréquences/vitesses ?

Je pense qu'il y a a creuser dans ce sens ? Phillips, c'etait pas des branques de l'audio ...

@+

 

[moissan]

le stirling classique marche a basse vitesse : souvent beaucoup plus lentement que les moteur a explosion : il ne se passe donc pas grand chose niveau acoustique

mais l'idée a été creusé ! il y a bien des stirling thermoacoustique : les piston sont remplacé par des resonateur ... helas a ma connaissnce ça donne des rendement insuffisant pour faire un bon moteur , donc transformer la chaleur en vibration puis en electricité , par contre c'est bien utilisé dans l'autre sens : electricité puis acoustique puis thermique ! pour faire des machine frigorifique pour liquefier de l'air ... ou dans l'espace pour refroidir certain capteur

j'ai vu aussi sur le net des machine a base de stirling thermoacoustique pour liquéfier du methane : une combinaison de 2 stirling acoustique , le premier chauffé au methane fait de l'energie acoustique , qui fait marcher le 2eme qui fait du froid pour liquefier le methane ... une petite partie seulement du methane est consomé

malgré tout ce liquefieur de methane thermoacoustique n'a pas un très bon rendement : un bon vieux moteur a gaz entrainant une machine frigorifique plus classique a un rendement largement meilleur : l'avantage du thermoacoustique est de faire un truc très petit et moins cher a la construction

dans un autre forum , dans une autre discussion sur les stirling il y a eu des liens interressant sur les thermoacoustique : même si ce n'est pas mon truc preféré ça donne des idée interressante sur la conception des regenerateurs

il faut que j'essaie de retrouver des liens a mettre ici

 

[Titou16]

Les Stirling performants tournent vite. En temoignent le Stirling MP1002 de Philips, les Stirling de Gm et ceux de la NASA. Dans les doc consultables de cette dernières on voit que les moteurs tournent à des vitesses comparables au moteurs à explosion. Dans les 4 à 5000 tr/mn.

En y réfléchissant, moissan, tu as raison, la machine à vapeur est la voix la plus simple et la plus efficace qui s'offre à ceux qui veulent faire de la cogénération homemade. Il est possible que je prenne cette voie prochainement. Et je ne dis pas ça par dépit, j'ai plutôt progressé, ces derniers temps, sur mon Stirling. Là j'en suis à tenir 1500 tr/mn en permanence et plus de 1700 en pointe (derniers résultats de ce soir même). Je pense pouvoir monter à 2000 tr/mn à régime constant prochainement. Je suis encore avec des pistons lubrifiés et ça pollue le moteur car ceux ci ne sont pas parfaitement étanches, et l'huile arrive à passer dans la zone de travail. Mais le moteur reste maintenant froid (dans les 30°C) alors que le cylindre de chauffe est rouge. Je vais prochainement m'essayer au joint PTFE usinés. Le temps que je m'approvisionne en matière.

 

[Charly 57]

Salut Titou

As tu avancé sur tes étanchéités ?
J'aborde la question du régénérateur sur la base de quelques lectures de plans et croquis:
J'ai vu des montages de régénérateurs fixés en bout de déplaceur. C'est une masse de cuivre avec plein de trous ou cannelures fines à travers lesquels passe l'air qui se réchauffe. A mon avis, ça donne plus de temps à l'air pour se réchauffer lorsque le déplaceur recule, Comme la température du régénérateur sera intermédiaire entre la T° max et la T° du refroidisseur, ça revient à un préchauffage de l'air.
Le regénérateur étant mobile, il brasse l'air et donc il provoque un réchauffage plus homogène de l'air.
Sur des stirlings en pyrex on en voit certains qui mettent de la laine d'acier en position fixe dans le milieu du tube. C'est un peu le même principe mais certainement moins efficace à cause du grand volume mort que l'on doit laisser entre ce régénérateur et le bout de la partie chaude.
Je pense essayer sur un chenapan en remplaçant le bout du déplaceur par du fil de cuivre ( fil électrique rigide) dénudé et enroulé sur lui même en laissant un peu de jeu entre les spires pour que l'air circule à travers.
Qu'en penses tu ?

 

[Titou16]

Non mais j'ai reçu la matière que j'avais commandée pour réaliser mes pistons en PTFE. Le problème c'est que dans l'attente j'ai embrayé sur la construction de broyeur de branche (je mets le lien ça peut intéresser des gens de ce forum même si c'est pas du tout le même sujet) :

https://www.usinages.com/threads/projet-de-broyeur-de-branches-forestier.64210/

Ce qui fait que j'ai mis un peu mon Stirling entre parenthèse. Mais je vais essayer de ne pas laisser passer trop de temps pour faire mes joint PTFE, j'ai hâte de voir ce que ça va donner. J'ai aussi, tu l'as peut être vu, acquis l’expérience pour faire un brûleur à alcool qui chauffe comme un chalumeau butane :

Ce proto était destiné à faire tourner mon Stirling. Donc je vais en faire un dont la forme sera adaptée, avec une carterisation de la flamme pour perdre le moins de chaleur possible. En plus je compte intégrer un allumage électrique sur mon brûleur à alcool. Avec ça et les joint PTFE, l'objectif c'est d'atteindre les 3000 tr/mn à vide. Si c'est le cas je ferai un générateur à flux axial adapté à ce moteur sur le modèle de celui que j'ai déjà fait :

Et j'aurais un micro générateur électrique Stirling. Une partie de mon but sera atteint. Il ne restera plus (enfin c'est facile à dire) qu'à faire augmenter l’échelle pour atteindre le but final. Voilà le programme en ce qui concerne ce projet. D'ailleurs si certains sont intéressés pour suivre mes projets (celui là et les autres), vous pouvez vous abonner à ma chaîne youtube et ainsi être averti dès que je dépose une nouvelle vidéos.

Pour ton idée, je ne porterai pas de sentence. Le mieux et d'essayer, essayer et encore essayer toutes les idées qui passent par la tête. C'est souvent long car il faut usiner des pièces et la déception est souvent là. Dès fois on croit être sur la bonne voie, suivre la logique (par ex limiter les transferts thermiques par conduction, augmenter les surfaces d'échanges, diminuer la température de la zone froide, etc...) et finalement ça marche pas. C'est pour ça qu'il faut se garder de toutes conclusions hâtives. Pour ceux qui n'ont jamais fabriqué de Stirling, c'est toujours très simple. Il suffit que la zone chaude soit le plus chaude possible, la zone froide la plus froide, les surface d'échanges les plus grandes possibles, le volume mort le plus faible possible, la conduction thermique la plus faible possible, etc...) Autant de choses qui relève de la logique et du bon sens. Mais pour ceux qui ont pas mal expérimenté comme moi, force est de constater que certaines choses échappent à cette logique ce qui implique que d'autres phénomènes sont à l’œuvre plus difficile à saisir. Le fait de pas comprendre le pourquoi de telle ou telle chose, ça fait réfléchir, ça fini par obséder et ça prend littéralement la tête au point d’empêcher de dormir parfois (c'est aussi pourquoi je fais une petite pause sur le Stirling). Mais à priori il ne faut jamais mettre de coté une idée. Pour en avoir le cœur net, il faut essayer.

A+

A+

 

[Charly 57]

Bonjour

J'ai compris que ton but était atteint.
Bravo

 

[Titou16]

Euh... Non. C'est pas du tout ce que j'ai dit. Tu as du lire trop vite. Il le sera quand mon moteur atteindra au moins 3000 tr/mn à vide avec une chauffe à l'alcool ce qui est loin d'être encore le cas.

Tiens nous au courant de tes resultats avec le fil de cuivre.

A+

 

[sfrancois6]

Bonsoir,
Juste une petite précision: le fait que le volant d'inertie tourne vite ne signifie pas que le moteur ait de la puissance.
P=w*C (w=Vitesse de rotation du moteur (rad/s) et C=Couple du moteur (N.m) )
Nous savons mesurer la vitesse de rotation de nos moteurs, il suffit donc de
déterminer le couple de nos moteurs pour connaître leur puissance. Le dispositif utilisé pour
la mesure du couple est la méthode du frein de Prony. Il faut savoir que la puissance
développée par un moteur est en fait équivalente à la puissance de freinage du moteur.
C’est pourquoi le dispositif du frein de Prony impose un couple de freinage à l’arbre moteur
en utilisant un système dynamomètre / poulie moteur / poulie-masse
Le couple mesuré nous est fourni par la formule :
C = R (F-mg) avec : R : Rayon de la poulie moteur (m)
F :Force mesurée sur le dynamomètre (N)
m : Masse (kg)
La mesure du couple revient donc à mesurer la force s’exerçant sur le dynamomètre car R et
M sont connus.

 

[sfrancois6]

De plus, pour connaître la puissance théorique que tu peux obtenir, en sachant que tu n'utilises pas de régénérateur la formule est:
Wnet = nR (Tmax - Tmin) ln Vmax / Vmin
R = 8,3144621 J·K-1·mol-1
n=0.041571398877 (à 20°C)
Si tu pressurise ton gaz, tu multiplie le résultat par la pression exercée.

Bonne soirée

 

[Titou16]

De plus, pour connaître la puissance théorique que tu peux obtenir, en sachant que tu n'utilises pas de régénérateur la formule est:
Wnet = nR (Tmax - Tmin) ln Vmax / Vmin
R = 8,3144621 J·K-1·mol-1
n=0.041571398877 (à 20°C)
Si tu pressurise ton gaz, tu multiplie le résultat par la pression exercée.

Bonne soirée

Merci pour cette formule.

Pour le calcul de la puissance je sais la calculer depuis l'IUT et peut être me depuis le lycée je me souvient plus. je connais le frein de prony, j'en avais d'ailleurs fabriqué un pour déterminer la courbe de puissance d'un moteur de débroussailleuse que je souhaitais monter sur un châssis de voiture radio commandé. C'est aussi la méthodes qu'Andy Ross a utilisé pour mesurer la puissance de ces Stirling (on voit distinctement le dispositif sur son bouquin). Mais en l’occurrence, je préfère utiliser un générateur électrique. Certes le générateur n'a pas un rendement de 1 mais au moins on sait que la puissance du moteur ne peut être que supérieure et c'est facile à mettre en œuvre et on peut très finement faire varier le couple consommé, ce qui est délicat sur des petites puissance avec un frein de prony.

Je sais bien que la vitesse de rotation ne signifie pas que le moteur ait de la puissance encore qu'avoir de la puissance ne veut rien dire en soit. Je disais simplement que si, après une modif, à chauffage et refroidissement égal le moteur tourne plus vite, il y a de grandes chances que cette modif ait augmenté la puissance et donc le rendement.

 

[sfrancois6]

Bonsoir,

En regardant tes photos, je pense que ton refroidisseur est mal placé car il se trouve entre le cylindre chaud et le cylindre froid. Celà veut dire que quand tu réchauffes ton cylindre froid, ton "refroidisseur" refroidit aussi en même temps ton gaz ( c'est pourquoi tu as une température de 60°C dans le moteur). Le refroidisseur doit se trouver sur le cylindre froid. Tu parles de ton cylindre chaud en acier qui marche le mieux mais ton cylindre froid est en quel matériaux? en acier aussi? As-tu aussi essayé aussi avec différents matériaux? Je pense au cuivre. Pour la partie chaud, tu utilises bien un déplaceur? Dans la conception que tu as choisi, il parait logique qu'un cylindre en cuivre ne fonctionne pas.

Bonne soirée

 

[sfrancois6]

"Celà veut dire que quand tu réchauffes ton cylindre froid, ton "refroidisseur" refroidit aussi en même temps ton gaz"
Je me suis trompé, je voulais dire "quand tu réchauffes ton cylindre chaud, ton "refroidisseur" refroidit aussi en même temps ton gaz"