Motor bakar stirling

Mesin Stirling tipe Alpha dengan warna merah untuk menunjukkan suhu tinggi dan warna biru untuk suhu rendah

Motor bakar stirling atau biasa juga disebut Mesin stirling (ditemukan oleh Robert Stirling) adalah salah satu mesin kalor dan didefinisikan sebagai mesin regenerasi udara panas siklus tertutup. Dalam konteks ini, siklus tertutup berarti bahwa fluida kerjanya secara permanen terkurung di dalam sistem, di mana mesin siklus terbuka seperti mesin pembakaran internal dan beberapa mesin uap, menukarkan fluida kerjanya dengan lingkungan sekitar sebagai bagiaan dari siklus kerja. Regenerasi berarti bahwa adanya penggunaan alat penukar panas internal, yang dapat meningkatkan efisiensi mesin. Banyak sekali kemungkinan dari penggunaan mesin stirling ini, dengan mayoritas masuk ke kategori mesin dengan piston tolak balik. Mesin stirling secara tradisional diklasifikasikan ke dalam mesin pembakaran eksternal, meskipun panas bisa didapatkan dari sumber selain pembakaran seperti tenaga matahari maupun nuklir. Mesin stirling beroperasi melalui penggunaan sumber panas eksternal dan heat sink eksternal, masing-masing dijaga agar memiliki perbedaan temperatur yang cukup besar.

Latar belakang

Dalam usaha meningkatkan konversi yang bisa didapat dari perubahan energi panas ke kerja, mesin stirling memiliki potensi untuk mencapai efisiensi tertinggi dari semua mesin kalor, secara teori sampai efisiensi maksimal mesin Carnot, meskipun dalam praktiknya usaha ini terus dibatasi oleh berbagai sifat-sifat non-ideal dari baik itu fluida kerjanya maupun bahan dari mesin itu sendiri, seperti gesekan, konduktivitas termal, kekuatan tensile, creep, titik lebur, dll. Mesin ini dapat dioperasikan melalui berbagai sumber panas yang dapat mencukupi, seperti tenaga matahari, kimia maupun nuklir.

Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal, mesin Stirling memiliki potensi untuk lebih efisien, lebih tenang, dan lebih mudah perawatannya.

Belakangan ini, keuntungan mesin Stirling terus meningkat, hal ini dimungkinkan dengan adanya kenaikan harga energi, kelangkaan sumber energi, sampai kepedulian tentang masalah lingkungan seperti pemanasan global. Ketertarikan yang meningkat terhadap mesin Stirling ini berakibat dengan terus bertambahnya penelitian mengenai peralatan Stirling tersebut. Aplikasinya termasuk pemompaan air, astronautik, dan sebagai pembangkit listrik untuk sumber-sumber panas yang tidak sesuai dengan mesin pembakaran dalam seperti energi matahari.

Karakteristik mesin Stirling yang berguna lainnya adalah jika yang disuplai energi mekanik maka ia dapat beroperasi sebagai heat pump.

Sejarah

Mesin Stirling ditemukan pertamakali oleh Robert Stirling dan dipatenkan oleh dia pada tahun 1816.

Jenis

Stirling alfa

Berisi kekuatan dua piston dalam silinder yang terpisah, satu berada di bagian dingin dan satunya berada di bagian panas. Silinder panas terletak di dalam suhu tinggi penghantar panas (silinder yang dibakar) dan silinder dingin terletak di dalam displacer suhu rendah. Jenis mesin ini memiliki rasio power-to-volume tinggi, namun memiliki masalah teknis karena apabila suhu piston tinggi biasanya panas akan merambat ke pipa pemisah silinder. Dalam praktiknya, piston ini biasanya membawa isolasi yang cukup besar untuk bergerak jauh dari zona panas dengan mengorbankan beberapa ruang mati tambahan.

Stirling beta

Memiliki piston daya tunggal yang diatur dalam silinder yang sama pada poros yang sama sebagai displacer piston. Silinder piston displacer yang cukup longgar hanya berfungsi untuk antar jemput gas panas dari silinder panas ke silinder dingin. Ketika silinder dipanaskan, gas mendorong dan memberikan piston kekuatan. Ketika piston terdorong ke dingin (titik bawah) silinder mendapat momentum dari mesin, dan ditingkatkan dengan roda gila. Tidak seperti jenis alfa, jenis beta tidak akan menyebabkan isolator (pipa pemisah jika dalam bentuk alfa) menjadi panas.

Stirling gamma

Mesin stirling gamma hanyalah sebuah mesin stirling beta, di mana piston tenaga sudah terpasang di dalam silinder terpisah samping silinder piston displacer, tapi masih terhubung ke roda gila sama. Gas dalam dua silinder dapat mengalir bebas karena mereka berada dalam satu tubuh. Konfigurasi ini menghasilkan rasio kompresi lebih rendah, tetapi mekanis ini cukup sederhana dan sering digunakan didalam mesin stirling multisilinder.

Referensi

S. Backhaus; G. Swift (2003). "Acoustic Stirling Heat Engine: More Efficient than Other No-Moving-Parts Heat Engines". Los Alamos National Laboratory. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-08-01. Diakses tanggal 2009-01-19.
BBC News (2003-10-31). "Power from the people". Diakses tanggal 2009-01-19.
W.T. Beale (1971). "Stirling Cycle Type Thermal Device", US patent 3552120. Granted to Research Corp, 5 January 1971.
G.M. Benson (1977). "Thermal Oscillators", US patent 4044558. Granted to New Process Ind, 30 August 1977 .
G.M. Benson (1973). "Thermal Oscillators". Proceedings of the 8th IECEC. Philadelphia: American Society of Mechanical Engineers. hlm. 182–189.
H.W. Brandhorst; J.A. Rodiek (2005). "A 25 kW Solar Stirling Concept for Lunar Surface Exploration" (PDF). Dalam International Astronautics Federation. Proceedings of the 56th International Astronautical Congress. IAC-05-C3.P.05. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2012-01-07. Diakses tanggal 2012-03-18.
Carbon Trust (2007). "Micro-CHP Accelerator — Interim Report — Executive summary". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2014-03-28. Diakses tanggal March 19, 2012.
E.H. Cooke-Yarborough; E. Franklin; J. Geisow; R. Howlett; C.D. West (1974). "Harwell Thermo-Mechanical Generator". Proceedings of the 9th IECEC. San Francisco: American Society of Mechanical Engineers. hlm. 1132–1136. Bibcode:1974iece.conf.1132C.
E.H. Cooke-Yarborough (1970). "Heat Engines", US patent 3548589. Granted to Atomic Energy Authority UK, 22 December 1970.
E.H. Cooke-Yarborough (1967). "A Proposal for a Heat-Powered Nonrotating Electrical Alternator", Harwell Memorandum AERE-M881.
R. Chuse; B. Carson (1992). Pressure Vessels, The ASME Code Simplified. McGraw–Hill. ISBN 0-07-010939-7.
T. Finkelstein; A.J. Organ (2001). Air Engines. Professional Engineering Publishing. ISBN 1-86058-338-5.
C.M. Hargreaves (1991). The Philips Stirling Engine. Elsevier Science. ISBN 0-444-88463-7.
J. Harrison (2008). "What is micro generation?". Claverton Energy Research Group. Diakses tanggal 2009-01-19.
Hartford Steam Boiler. "Hartford Steam Boiler: Steam Power and the Industrial Revolution". Diakses tanggal 2009-01-18.
J. Hasci (2008). "Modified Stirling Engine With Greater Power Density". Create the Future Design Contest. NASA & SolidWorks. Diakses tanggal 2009-01-19.
Z. Herzog (2008). "Schmidt Analysis". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-04-26. Diakses tanggal 2009-01-18.
K. Hirata (1998). "Design and manufacturing of a prototype engine". National Maritime Research Institute. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-12-24. Diakses tanggal 2009-01-18.
K. Hirata (1997). "Schmidt Theory For Stirling Engines". Diakses tanggal 2009-01-18.
K. Hirata. "Palm Top Stirling Engine". Diakses tanggal 2009-01-18.
M. Keveney (2000a). "Two Cylinder Stirling Engine". animatedengines.com. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-02-16. Diakses tanggal 2009-01-18.
M. Keveney (2000b). "Single Cylinder Stirling Engine". animatedengines.com. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-02-16. Diakses tanggal 2009-01-18.
Kockums. "The Stirling Engine: An Engine for the Future". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-08-30. Diakses tanggal 2009-01-18.
B. Kongtragool; S. Wongwises (2003). "A review of solar-powered Stirling engines and low temperature differential Stirling engines". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 7 (2): 131–154. doi:10.1016/S1364-0321(02)00053-9.
D. Liao. "The Working Principles". Diakses tanggal 2009-01-18.
W.R. Martini (1983). "Stirling Engine Design Manual (2nd ed)" (17.9 MB PDF). NASA. Diakses tanggal 2009-01-19.
Micro-Star International (2008). "World's First Powerless Air Cooler on a Mainboard!". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-09-13. Diakses tanggal 2009-01-19.
A. Nesmith (1985). "A Long, Arduous March Toward Standardization". Smithsonian Magazine. Diakses tanggal 2009-01-18.
A.J. Organ (2008a). "1818 and All That". Communicable Insight. Diakses tanggal 2009-01-18.
A.J. Organ (2008b). "Why Air?". Communicable Insight. Diakses tanggal 2009-01-18.
A.J. Organ (2007). The Air Engine: Stirling Cycle Power for a Sustainable Future. Woodhead Publishing. ISBN 1-84569-231-4.
A.J. Organ (1997). The Regenerator and the Stirling Engine. Wiley. ISBN 1-86058-010-6.
A.J. Organ (1992). Thermodynamics and Gas Dynamics of the Stirling Cycle Machine. Cambridge University Press. ISBN 0-521-41363-X.
PASCO Scientific (1995). "Instruction Manual and Experiment Guide for the PASCO scientific Model SE-8575" (PDF). Diakses tanggal 2009-01-18. ^{[pranala nonaktif permanen]}
D. Postle (1873). "Producing Cold for Preserving Animal Food", British Patent 709, granted 26 February 1873.
Precer Group. "Solid Biofuel-Powered Vehicle Technology" (PDF). Diakses tanggal 2009-01-19.
Quasiturbine Agence. "Quasiturbine Stirling – Hot Air Engine". Diakses tanggal 2009-01-18.
R. Sier (1999). Hot Air Caloric and Stirling Engines: A History. 1 (edisi ke-1st (Revised)). L.A. Mair. ISBN 0-9526417-0-4.
R. Sier (1995). Reverend Robert Stirling D.D: A Biography of the Inventor of the Heat Economiser and Stirling Cycle Engine. L.A Mair. ISBN 0-9526417-0-4.
F. Starr (2001). "Power for the People: Stirling Engines for Domestic CHP" (PDF). Ingenia (8): 27–32. Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2009-03-06. Diakses tanggal 2009-01-18.
WADE. "Stirling Engines". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-11-18. Diakses tanggal 2009-01-18.
L.G. Thieme (1981). "High-power baseline and motoring test results for the GPU-3 Stirling engine" (14.35 MB PDF). NASA. OSTI 6321358. Diakses tanggal 2009-01-19.
Y. Timoumi; I. Tlili; S.B. Nasrallah (2008). "Performance Optimization of Stirling Engines". Renewable Energy. 33 (9): 2134–2144. doi:10.1016/j.renene.2007.12.012.
G. Walker (1971). "Lecture notes for Stirling engine seminar", University of Bath. Reprinted in 1978.
C.D. West (1970). "Hydraulic Heat Engines", Harwell Momorandum AERE-R6522.
S.K. Wickham (2008). "Kamen's Revolt". Union Leader. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2011-05-22. Diakses tanggal 2009-01-19.
MAKE: Magazine (2006). "Two Can Stirling Engine" (PDF). Diakses tanggal 2012-03-18.

R.C. Belaire (1977). "Device for decreasing the start-up time for stirling engines", US patent 4057962. Granted to Ford Motor Company, 15 November 1977.
P.H. Ceperley (1979). "A pistonless Stirling engine—The traveling wave heat engine". Journal of the Acoustical Society of America. 66 (5): 1508–1513. Bibcode:1979ASAJ...66.1508C. doi:10.1121/1.383505.
P. Fette. "About the Efficiency of the Regenerator in the Stirling Engine and the Function of the Volume Ratio V_max/V_min". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2001-03-08. Diakses tanggal 2009-01-19.
P. Fette. "A Twice Double Acting α-Type Stirling Engine Able to Work with Compound Fluids Using Heat Energy of Low to Medium Temperatures". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2001-03-08. Diakses tanggal 2009-01-19.
D. Haywood. "An Introduction to Stirling-Cycle Machine" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2013-05-12. Diakses tanggal 2013-12-20.
Z. Herzog (2006). "Stirling Engines". Mont Alto: Pennsylvania State University. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2007-04-03. Diakses tanggal 2009-01-19.
F. Kyei-Manu; A. Obodoako (2005). "Solar Stirling-Engine Water Pump Proposal Draft" (PDF). Diarsipkan dari versi asli (PDF) tanggal 2009-03-06. Diakses tanggal 2009-01-19.
Lund University, Department of Energy Science: Division of Combustion Engines. "Stirling Engine Research". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-04-19. Diakses tanggal 2009-01-19.
N.P. Nightingale (1986). "NASA Automotive Stirling Engine MOD II Design Report" (PDF). NASA. Diakses tanggal 2009-01-19.
D. Phillips (1994). "Why Aviation Needs the Stirling Engine". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2009-01-19. Diakses tanggal 2009-01-19.