moteur Stirling ą gradient de 3C http://www.photologie.fr/stirling/stirling3deg.html#diagrammepV
mise ą jour
Moteur Stirling ą gradient de 3C
le 24/08/06
version 3.6
Modifications par rapport ą la version 3.5 :
- l'paisseur du dplaceur a t ramene par abrasion ą environ 7 mm, sa
course ą 4 mm, et la hauteur du cylindre ą 12 mm (le but recherch tant de
diminuer autant que possible la vitesse linaire du dplaceur et donc
l'nergie pour le mouvoir)
- afin de profiter au maximum du volume restant et de pouvoir aller
pratiquement au contact des deux plateaux, l'axe de la bielle est maintenant
rglable. Une petite piŁce en alu coulisse ą la surface du CD, permettant un
rglage ą 1/10 ou 2/10 prŁs - en cas d'erreur, la bielle lastique vite de forcer sur certains lments
(et un petit coup de pince permet d'ajuster sa longueur...)
en cours de test, aliment par deux
rsistances de 2W
- tous les axes de rotations sont quips de roulements ą billes miniatures ą faible frottement ( int 1,5
, ext 4 ou 5 mm). En fait, je crois que j'ai ralis cette modification essentiellement pour me faire plaisir...;o) Avec des piŁces lgŁres
comme celles employes ici, les roulements n'apportent pas de gain sensible. En dessous de 10 g de charge radiale, et avec des axes en
corde ą piano de 0,8 mm, les paliers lisses sont plus avantageux. Le seul endroit oł ce soit vraiment intressant, c'est pour le pallier situ
prŁs du centre du CD qui supporte une charge d'une vingtaine de grammes. Aux faibles tempratures, et aux vitesses de rotation atteintes,
les autres paliers sont soit aux alentours de 10 g (ct piston moteur), soit en dessous.
- le trou de dcompression est ą prsent surmont d'un embout permettant de relier le moteur ą un manomŁtre ą eau ou ą un capteur de
pression. Cet amnagement favorise grandement la mise au point en permettant, entre autres, de vrifier l'tanchit du moteur et de
mesurer son taux de compression : dans le cas prsent, la diminution de la hauteur du cylindre a fait passer le taux de compression de 1,002
ą 1,003...
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Performances :
L'ensemble de ces modifications a permis d'abaisser sensiblement
plan .jpg
le seuil de fonctionnement du moteur, puisqu'il tourne ą prsent ą 40
plan .pdf
t/min avec une diffrence de temprature de 3C seulement, et ą
120 t/min pour une diffrence de 6C - pouss dans ses derniers
retranchements (2,5C), le moteur accepte de descendre jusqu'ą 24
t/min, mais fonctionnant alors ą la limite de ses possibilits, il
s'arręte au bout de quelques minutes - pour fixer les ides, un cart
de 3C peut ętre obtenu en soutenant le moteur du bout des doigts,
et 6C en le posant ą plat sur la main
Mais il est plus pratique d'utiliser des rsistances lectriques pour faire varier la
temprature et c'est ce qui a t fait pour tablir les relevs ci-contre :
- dans cette plage d'utilisation restrainte, la vitesse de rotation apparat comme tant lie d'une faon sensiblement linaire ą la diffrence de
temprature entre les deux plateaux.
- si l'on prolonge la courbe de rgression, on voit qu'elle coupe l'axe des X entre 1C et 2C. Au niveau d'volution actuel, il semble difficile
de faire fonctionner ce moteur sous le seuil symbolique de 1C...
- je me suis amus ą remplacer l' air par diffrents gaz que j'avais sous la main : d'abord par ce que je pense ętre du ballonium , un
mlange d'hlium et d'azote utilis pour gonfler les ballons de baudruche et qui, pour un gradient de temprature donn, amliore la vitesse
de rotation de 40 %. Ensuite, ce que j'appelle du butane (en fait, lą aussi, un mlange de 60 % de butane et de 40 % de propane), qui au
contraire fait chuter les performances d'environ 20 %. Et enfin, du gaz provenant d'une bombe dpoussirante de marque hama , dont je ne
connais pas la composition, et qui est le moins performant de tous puisqu'il divise la vitesse de rotation du moteur par deux .
Ces essais rapides confirment, s'il en tait besoin, qu'il est prfrable d'utiliser un gaz dont la masse molculaire est faible - en supposant
que le ballonium contienne 75 % d'hlium et 25 % d'azote, la masse molculaire moyenne du mlange doit se situer autour de 10 (contre 29
pour l'air) - le mlange butane/propane se situe probablement vers 55 - enfin, compte tenu de ses performances mdiocres, le gaz
mystrieux utilis dans la bombe dpoussirante pourrait avoir une masse molculaire de l'ordre de 100 ą 150 : un bon candidat serait le
tetrafluorothane (C2H2F4), avec une masse molculaire de 102 g/mole.
Voici une application inattendue de ces petits moteurs qui peuvent donc servir, une fois talonns, ą estimer grossiŁrement la masse
molculaire d'un gaz inconnu...
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valuation du rendement, trac du diagramme (p,V)
(la mthode employe est la męme que celle dcrite ą la fin de la page du Blue LTD Stirling)
Conditions de mesure : plateau suprieur chauff par deux rsistances lectriques totalisant une puissance de 4,8 W - diffrence de
temprature de 6C (36C - 30C) entre les deux plateaux - vitesse de rotation 127 t/min
- graphe reprsentant l'volution de la pression et de la position du piston moteur en fonction du temps : on observe un
dphasage d'environ 8 degrs entre la position basse du piston et la pression maximale - les repŁres a et b indiquent un
palier dans l'volution de la pression, probablement d au changement d'appui de la membrane d'une rondelle ą l'autre - on
retrouve ces irrgularits amplifis sur le diagramme (p,V)
- diagramme de travail (p,V), tabli dans les conditions dcrites plus haut - tant donn la faible diffrence de temprature,
les variations de pressions sont modres et le diagramme se prsente sous une forme aplatie - la puissance releve est
d'environ 0,4 mW, alors que la formule du rendement idal donne 46 mW (en supposant que 50 % de l'nergie des
rsistances soient dissips vers l'extrieur et que seulement 2,4 W participent au fonctionnement du moteur - la membrane
ayant un de 27 mm et les rondelles un de 22 mm, c'est un moyen de 24 mm qui a t retenu pour les calculs)
- ce palier prsente au moins un avantage, celui de faciliter le rglage de la bielle pour que le dbattement de la membrane
soit quilibr . En utilisant ce procd, j'ai constat une petite amlioration, puisque le moteur tourne maintenant de faon
stable ą 28 t/min avec un gradient de 2,5C. Les mouvements du dplaceur tant lents, il est fort probable que le travail
mesur (6,5E-5 J par tour), corresponde essentiellement aux frottements mcaniques - la diffrence avec les 1,92E-4 J du
diagramme prcdent (env. les 2/3), s'expliquant alors par la quantit d'nergie plus importante absorbe par le dplaceur
(vitesse x 4,5 = rsistance de l'air x 20 = nergie x 20... en simplifiant ;o)
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Bonne ralisation...
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