Mühendislik

Stirling Motoru ve Tasarımı

Herkese merhaba bu yazımda Stirling Motorları hakkında akademik bilgiler ve Alfa Tip Stirling Motoru Solidworks projesini bulacaksınız. Solidworks projesini yazının en altından indirebilirsiniz. Akademik kaynaklarını yanında belirtmekle birlikte Ege Üniversitesi, Celal Bayar Üniversitesi ve Gazi Üniversitesi kütüphanelerine ayrıca teşekkür ederim.

Enerji kaynakları olumsuz yönde çevresel etkiler yaratmakta ve bu etkiler bölgesel düzeyde kalmayıp evrensel bir niteliğe bürünmektedir. Enerji arzında fosil kaynakların önemli yer tutması, küresel ısınmaya ve iklim değişikliklerine neden olmakta ve dünyanın doğal dengesini bozmaktadır. Fosil enerji kaynaklarının rezervleri sınırlı ve pahalıdır.(Demir, 2003) Günümüzde yenilenebilir ve alternatif enerjileri işe dönüştürecek makineler üzerindeki çalışmaları artmıştır. Bunlardan biri de 1816 yılında Robert Stirling tarafından tasarlanıp imal edilen ve sıcak hava motoru olarak adlandırılan, güneş enerjisi olmak üzere bir çok enerji kaynağı kullanılarak dışarıdan ısı enerjisi verilerek çalıştırılabilen Stirling motorlarıdır. Stirling motorlarının ısı makinesi, ısı pompası ve soğutma makinesi olarak ta kullanılabilmesi nedeniyle Stirling motorlarına olan ilgi artmaktadır. (Stine ve Diver, 1994)

Sessiz, çevreci bir makine olması ve düşük sıcaklık farkları arasında çalışabilmesi nedeniyle uzay teknolojilerinde, havacılıkta, denizaltında, otomobillerde, sağlıkta, soğutmada, jeneratörlerde v.b. yerlerde kullanıma uygundur (Çınar, 2003). 20. yüzyılda, içten yanmalı motorlarda meydana gelen büyük gelişmeler bir ölçüde Stirling motorunun gelişimini olumsuz yönde etkilemiştir. 1930 yılında Philips şirketi Stirling motorları üzerindeki çalışmalarını arttırmıştır. Çeşitli amaçlı deneme motorları imal etmiştir (Karabulut, 1996). Stirling motorlarının, otomobil motorlarına ilk uygulamasını yapan İsveç’te United Stirling şirketidir. 1977 yılında US Enerji Bölümü’nde dıştan yanmalı motorlar projesi kapsamında 370 kW ‘dan 1480 kW‘a kadar, kömür, kentsel, endüstriyel ve tarımsal atıklar ile alternatif yakıtları kullanan Stirling motorları imal edilmiştir. Japonya’da 1976-1981 yılları arasında Japon Gemi İmalatı Araştırma, Ulusal Taşımacılık, Mitsubishi ve Daihatsu Diesel’in ortak çalışmaları ile Stirling gemi motorları yapılmıştır. 1984 yılında ABD, güneş enerjisinden elektrik elde etmek için Arizona’da Stirling Enerji Sistemleri Şirketi kurmuş elektrik üretimine başlamıştır. 1953’de Philips Eindhoven şirketinden R. J. Meijer, Stirling motorlarında yer değiştirme-piston konfigürasyonlarında kullanılmak üzere Rhombic sürücü mekanizmasını icat etmiş ve büyük bir teknolojik buluş gerçekleştirmiştir. 1958’de General Motors, özellikle Rhombic sürücü mekanizmalı motorlar üzerinde askeri amaçlı denizaltı ve torpiller için araştırma ve geliştirme çalışmaları yapmıştır (Walker, 1980). Yüksek performanslı Stirling motorları 600 °C- 1000 °C sıcaklık arasında çalışmaktadır. Çalışma basınçları genellikle 1,5 MPa ile 15 MPa arasındadır (Gu vd., 2000). Otomotivde bu değer 19 MPa değerlerine kadar çıkmaktadır. Helyum ve hidrojen çalışma gazı kullanıldığında % 30 – % 40 gibi verime sahiptirler (Goswami vd., 1999). Stirling motorunun diğer içten yanmalı motorların aksine kullandığı enerjinin türüne bağlı olmaması, odun, kömür, petrol, doğal gaz, biyokütle, jeotermal v.b. gibi bir çok enerji kaynağı ile kullanılabilmesi bu motorları gelecek için daha ümit verici hale getirmektedir (Yücesu, 1996).

Stirling motoru dıştan ısı vermeli bir motordur, içten yanmalı motorlara ve diğer ısı motorlarına kıyasla bir çok avantaj sağlamaktadır. Bu avantajları şu şekilde sıralayabiliriz:

  1. Stirling motorları diğer motorlara kıyasla en büyük termik verime sahiptir ve uzun dönemde veriminin % 50 yada daha fazla olacağı tahmin edilmektedir.
  2. Stirling motoru her türlü yakıtı kullanabilir, bu yakıt gaz, sıvı yada katı, fosil, fosil olmayan veya biomas yada güneş radyasyonu olabilir.
  3. Az bakım gerektirir, çünkü valf, buji ile ateşleme, dizel enjeksiyon sistemi yoktur ve silindirler kuru yağlanır.
  4. Çok uzun ömürlü olurlar, çünkü segmanlarile silindirlerin temasını (yanma basıncından dolayı) artıran yanma olayı yoktur. Karterde bulunan yağlama yağının silindirdeki çalışma maddesi ile teması kesilmiştir.
  5. Fosil kökenli yakıtlarla çalıştırıldığında dışarıda yanmadan dolayı emisyonlar düşüktür, NOx, CO ve yanmamış hidrokarbon emisyonları düşüktür.
  6. İçten yanmalı motorlara nazaran titreşimleri daha azdır, düzgün moment değişimine sahiptir, titreşimlere neden olan peryodik moment değişimi azdır.
  7. Gürültü azdır, içten yanmalı motorlarda silindir içerisinde çok yüksek basınç ve şoklardan meydana gelen gürültüler Stirling motorunda dıştan ısı sürülmesi ile önlenmektedir.
  8. İçten yanmalı motorlara oranla maliyeti daha ucuzdur. Yardımcı sistemler azdır, kam mili, supap, yağ filitresi ve pompası, hava filitresi gibi parçalar yoktur. Bu yüzden imalatı çabuk, kolay ve ucuzdur.

Aşağıda tüm projesini paylacağım Stirling Motoru Solidworks 2018 Premium sürümünde çizilmiştir. Alt versiyonlarda “Gelecek Sürüm” hatası alınabilir. 23 parça ve 4 montaj dosyasından oluşmaktadır. Toolboxu olmayanlar için Toolbox dosyalarını da klasöre ekledim. Step dosyası değildir, nasıl çizildiğini görmeniz için partlar açıktır.Görüntülemekte ya da herhangi bir konuda hata alanlar mail attıkları takdir de mutlaka yardımcı olacağım. Bir sonraki yazı da görüşmek üzere.

Projeyi aşağıdaki linkten indirebilirsiniz ;

Stirling Motoru.rar

Stirling Motoru ve Tasarımı” üzerine 3 yorum

  1. fırat bey merhabalar, tasarımınız ilgimi çekti bende bu konu hakkında çalışma yapmak istiyorum, manisada meslek lisesinde öğretmenim, lakin rar dosyanız silinmiş galiba yardımcı olurmusunuz, part dosyaları ile ilgili

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.