Cos'è il ciclo Stirling?
Il ciclo di Stirling è un tipo di ciclo termodinamico rigenerativo in grado di utilizzare un fluido di lavoro autonomo e un componente di scambio termico interno, per convertire il calore in movimento meccanico o viceversa. Ciò rende il ciclo di Stirling utile in motori, pompe di calore, refrigerazione e numerose altre applicazioni. Numerosi design di motori diversi fanno uso del ciclo Stirling, la maggior parte dei quali contiene uno o due cilindri. Indipendentemente dal design specifico, un motore che utilizza questo ciclo passa attraverso le quattro fasi di compressione, aggiunta di calore, espansione e rimozione del calore.
Esistono diversi motori a combustione esterna, ognuno dei quali utilizza un diverso tipo di ciclo termodinamico. I motori a vapore funzionano secondo i principi del ciclo Rankine, che utilizza un fluido di lavoro, come l'acqua, sia allo stato liquido che gassoso. Di volta in volta è necessario aggiungere altri liquidi, riducendo l'efficienza di questi sistemi. Il ciclo Stirling, che è stato originariamente inventato nel 1816 come rivale del ciclo Rankine, utilizza un fluido di lavoro che è sigillato all'interno del sistema. Nella maggior parte dei casi, il fluido di lavoro utilizzato nei motori Stirling è l'aria.
L'idea alla base del ciclo Stirling ruota attorno al riscaldamento e al successivo raffreddamento di un singolo volume di fluido di lavoro. Ciò provoca l'espansione termica e la contrazione del fluido, che può essere utilizzato per eseguire lavori meccanici. Nella maggior parte dei casi, ciò si ottiene collegando i pistoni a un volano. Man mano che il fluido all'interno del sistema si espande e si contrae, i pistoni vengono spinti su e giù, provocando la rotazione del volano. Il ciclo di Stirling è indicato come un ciclo rigenerativo a causa del fatto che il fluido è autonomo e lo stesso volume di fluido viene utilizzato sia nella camera di compressione che nella camera di espansione.
L'uso del ciclo Stirling non è limitato ai motori, poiché anche il processo è reversibile. Ciò significa che è possibile che un dispositivo che utilizza questo ciclo funga da pompa di calore se viene fornita energia meccanica. In questo caso, l'energia meccanica esterna viene utilizzata per azionare i pistoni, che pompano il fluido di lavoro tra la camera di espansione e la camera di compressione. A seconda della modalità di installazione di un dispositivo, questa inversione del ciclo può essere utilizzata in una pompa di calore, in un dispositivo di refrigerazione o in qualsiasi altra applicazione che richiede il trasferimento di energia termica.