Progetto preliminare e modellazione CAD di motore Stirling a bassa differenza di temperatura

L’obbiettivo di questo elaborato di tesi è verificare la fattibilità di una macchina di Stirling a basso costo e stimare a livello preliminare possibili rendimenti e potenze erogabili. Si è prevista una alimentazione con scarti termici di processi di lavorazione o di centrali elettriche, dove si ipotizza che l’acqua venga scaricata a pressione ambiente a temperature prossime ai 90°C. Perciò, il motore è progettato considerando una differenza di temperatura di 80°C fra sorgente calda e fredda (in prima approssimazione si assume una temperatura esterna media di 10°C) e si ricava la potenza erogata e il rendimento. Come prima fase di lavoro ho visionato dispense e libri disponibili in rete, per documentarmi su questa macchina di cui non avevo sentito parlare durante il mio ciclo di studi; dai documenti trovati ho potuto comprendere la storia ed il ciclo termodinamico del motore inventato dai fratelli Stirling. Dopo aver capito il funzionamento del motore ho definito il modello matematico di studio, scegliendo l’approccio isotermico, proposto dal Professor Urieli della Ohio University. Oltre alla spiegazione dell’analisi di Schimdt, utile per rilevare le capacità termodinamiche del motore sotto esame, sul sito sono disponibili anche codici di simulazione utili a comprendere i principi di funzionamento di questi motori. Osservando questi programmi e studiando l’architettura tipica dei motori Stirling a bassa differenza di temperatura ho realizzato due funzioni che permettono l’ottimizzazione su base statistica e l’analisi della macchina da me progettata. Terminata la definizione dei parametri dimensionali del motore, ho proceduto con la realizzazione di un modello semplificato CAD 3D del motore, utilizzando il programma di disegno Solidworks. Completati i disegni di tutti i singoli componenti, essi sono stati assemblati ed è stato testato virtualmente il movimento reciproco delle parti.