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Motor Stirling de Pistão Livre (FPSE)

1964
  • William Beale
Motor Stirling de pistão livre em um laboratório de engenharia mecânica.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Um pistão livre Stirling Engine (FPSE) eliminates the crankshaft and all mechanical linkages. The piston and displacer oscillate freely, their motion governed by the interplay of gas pressão forces from the termodinâmica Forças de ciclo e mola. Este design permite a vedação hermética do gás de trabalho, não requer lubrificação e oferece altíssima confiabilidade e longa vida útil, tornando-o ideal para aplicações que não necessitam de manutenção.

O funcionamento de um motor FPSE depende da criação de um sistema ressonante dinamicamente estável. O deslocador e o pistão de potência não são conectados mecanicamente, mas projetados como um sistema acoplado massa-mola. As "molas" podem ser mecânicas (mancais flexíveis) ou, mais comumente, volumes de gás aprisionado que atuam como molas a gás. O motor é projetado de forma que a frequência de ressonância natural desse sistema corresponda à frequência de operação desejada. O ciclo termodinâmico fornece a força motriz, e a defasagem entre o movimento do deslocador e o movimento do pistão de potência é naturalmente estabelecida pela dinâmica do sistema, permitindo que o ciclo seja autossustentável.

A energia é normalmente extraída não por um eixo rotativo, mas por um alternador linear. O pistão de potência é conectado a ímãs que oscilam dentro de uma bobina de fio, induzindo uma corrente elétrica diretamente. Essa completa ausência de peças rotativas, rolamentos e vedações deslizantes que requerem lubrificação é a maior vantagem do FPSE. Ela elimina as principais fontes de desgaste e falha, permitindo uma vida útil operacional superior a dezenas de milhares de horas sem manutenção. Isso os torna excepcionalmente adequados para aplicações onde a confiabilidade é fundamental e o acesso físico é difícil ou impossível, como no espaço profundo ou dentro de uma unidade de energia selada.

UNESCO Nomenclature: 3313
Engenharia mecânica

Tipo

Dispositivo físico

Interrupção

Substancial

Uso

Nicho/Especializado

Precursores

  • The conventional kinematic stirling engine (beta and gamma types)
  • Teoria da ressonância mecânica e dos osciladores harmônicos
  • Desenvolvimento de motores e alternadores elétricos lineares
  • O conceito de molas a gás e mancais flexíveis

Aplicações

  • Sistemas de energia de longa duração para sondas espaciais (por exemplo, o gerador radioisotópico Stirling avançado da NASA)
  • Criocongeladores para resfriamento de sensores infravermelhos em satélites e equipamentos militares.
  • Sistemas de microcogeneração (micro sistemas de cogeração) para uso residencial.
  • geração de energia solar térmica
  • corações artificiais experimentais
  • geração de energia portátil

Patentes:

  • US3552120A

Ideias de Inovação Potencial

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Related to: free-piston, Stirling engine, FPSE, linear alternator, gas spring, hermetic seal, cryocooler, high reliability, no lubrication, William Beale.

Contexto histórico

Motor Stirling de Pistão Livre (FPSE)

1960
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1962
1964
1970
1970
1970
1960
1960
1960
1963
1965-12-21
1970
1970
1970

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

Princípios relacionados à invenção, inovação e tecnologia

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