Μορφές Ενέργειας και Μηχανές Stirlingστο Ε.Κ.Φ.Ε. Λακωνίας

Την Πέμπτη 19 Οκτωβρίου 2017, στον χώρο του Εργαστηριακού Κέντρου Φυσικών Επιστημών (Ε.Κ.Φ.Ε.) της Διεύθυνσης Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης Λακωνίας στη Σπάρτη, με θεματική βάση την “Ενέργεια και τις εφαρμογές της” υλοποιήθηκαν απλά και σύνθετα πειράματα μεταφοράς της ενέργειας από ένα σώμα σε ένα άλλο και μετατροπής της από μία μορφή σε άλλη. Στο πλαίσιο αυτό, παρουσιάστηκαν: η ιστορική αιολόσφαιρα του Ήρωνα (https://goo.gl/4C5iYn) , ο παιγνιώδης τροχός του Maxwell (https://goo.gl/SMZkZv) , το πείραμα του Oersted (https://goo.gl/4iJwpz), η φωτοσύνθεση, ως πρωταρχικής σημασίας φαινόμενο ενεργειακών μετατροπών, εποπτικές διατάξεις ηλεκτρομαγνητών, αυτοσχέδιες μπαταρίες εσπεριδοειδών, οικιακά και εργαστηριακά ηλεκτρικά κυκλώματα κ.ά.  Η εκπαιδευτική εμπειρία κρίθηκε αξιόλογη, τόσο για τους διδάσκοντες Φυσικές Επιστήμες Εκπαιδευτικούς του νομού Λακωνίας, όσο και για τους μαθητές της Α΄ τάξης του Επαγγελματικού Λυκείου Σπάρτης, με υπεύθυνο τον κ. Παν. Κουντούρη, που συμμετείχαν.Πολύτιμοι προσκεκλημένοι της συνάντησης, ο Μηχανολόγος-Μηχανικός κ.Διον. Κυριακόπουλος και ο Φυσικός κ. Γ. Λαμπρόπουλος, συνταξιούχοι πλέον αμφότεροι, για μία ακόμη φορά εντυπωσίασαν μαθητές και εκπαιδευτικούς με τις κατασκευές και τις παρουσιάσεις τους. Ο κ. Γ. Λαμπρόπουλος, με την εμπειρία του ως -επί σειρά ετών-στελέχους του Ε.Κ.Φ.Ε., εξήγησε τη λειτουργία του διαδεδομένου κυκλώματος  μετάβασης-επιστροφής («αλέ-ρετούρ») με καλαίσθητες διαφάνειες και λειτουργική μικρογραφία κατασκευασμένη από τον ίδιο. Παρουσίασε επίσηςτη μηχανή εξωτερικής καύσης “Stirling”, την οποία έχει κατασκευάσειανακυκλώνοντας κενές μεταλλικές συσκευασίες τροφίμων! Ιδιαίτερα πλούσια και εντυπωσιακή ήταν η παρουσίαση του κ. Διον. Κυριακόπουλου, ο οποίος εξήγησε λεπτομερώς τη λειτουργία των  πέντε … συλλεκτικών «μοντέλων»  της μηχανής “Stirling”, σχεδιασμένων και κατασκευασμένων από τον ίδιο. Αξίζει να σημειωθεί ότι ο σχεδιασμός και η κατασκευή τέτοιου είδους λειτουργικών διατάξεων απαιτεί απόλυτη γεωμετρική ακρίβεια στις μετρήσεις, τους υπολογισμούς και τη συναρμολόγηση, αλλά και άριστη γνώση των αντίστοιχων κανόνων και εννοιών της Φυσικής. Στα έργα των κκ. Κυριακόπουλου και Λαμπρόπουλου, μπορεί κανείς να θαυμάσει τις εφαρμογές της Φυσικής και της Μαθηματικής σκέψης σε συνδυασμό με το μεράκι και την επιμονή στην τελειότητα!Μάλιστα, ο  κ. Κυριακόπουλος ευγενικά δώρισε μία εκ των μηχανών του στο Ε.Κ.Φ.Ε. Λακωνίας, ώστε να αξιοποιηθεί για εκπαιδευτικούς σκοπούς. Τέλος, μία ακόμα «εκδοχή» της διάσημης μηχανής “Stirling” κατασκευασμένη από ομάδα μαθητών του Επαγγελματικού Λυκείου Σπάρτης, με υπεύθυνο τον κ. Γ. Μπουγάδη, παρουσιάστηκε στη συνάντηση.

Σχετικά με τον RobertStirlingκαι τη μηχανή Stirling.

 

Ο RobertStirling  (1790-1878) γεννήθηκε στο Cloag (Σκωτία) και σπούδασε Μαθηματικά, Μεταφυσική, Ρητορική, Λατινικά και Ελληνικά, στα Πανεπιστήμιατης Γλασκώβης και του Εδιμβούργου. Χειροτονήθηκε πάστορας το 1816 και την ίδια χρονιά κατοχύρωσε την ευρεσιτεχνία του στη μηχανή “Stirling” και στον θερμικό «αναγεννητή» (regenerator), τον οποίο ονόμαζε «οικονομητήρα» (economizer).

Στη βιβλιογραφία αναφέρεται ότι το κίνητρο που οδήγησε τον  αιδεσιμότατο  R.Stirling  στην επινόηση και την κατασκευή της φερώνυμης μηχανής ήταν το ενδιαφέρον του για τους εργάτες των ενοριών του. Οι ατμομηχανές που χρησιμοποιούνταν την εποχή εκείνη, προξενούσαν συχνά σοβαρότατα  ατυχήματα, με τις εκρήξεις  των καυστήρων τους εξαιτίας των υψηλών πιέσεων που αναπτύσσονταν σε αυτούς. Η μηχανή του R. Stirling δεν εκρήγνυτο αφού οι τιμές της πίεσης σε αυτήν έφταναν σε χαμηλότερα επίπεδα από εκείνα της ατμομηχανής, οπότε θα  μπορούσε να αντικαταστήσει την ατμομηχανή στις εφαρμογές της και να συντελέσει στη βελτίωση της ποιότητας έως και στη σωτηρία της ζωής των ανθρώπων.

Η μηχανή “Stirling” είναι μια θερμική μηχανή εξωτερικής καύσης, η οποία μετατρέπει τη θερμική ενέργεια σε κινητική ενέργεια.

«Θερμική μηχανή» ονομάζεται κάθε μηχανολογική διάταξη, η οποία μετατρέπει θερμική ενέργεια, σε μηχανικό έργο.

«Εξωτερικής καύσης» ονομάζεται μια θερμική μηχανή στην οποία η καύση του καυσίμου γίνεται έξω από τον χώρο παραγωγής έργου και όχι μέσα σε αυτόν.

Οι κινητήρες Stirling βασίζονται στη διαστολή και τη συστολή του αερίου που βρίσκεται στο εσωτερικό τους, το οποίο μεταφέρεται παλινδρομικά μεταξύ ενός καυτού και ενός κρύου δοχείου, με αποτέλεσμα αυτό να  διαστέλλεται και συστέλλεται αντίστοιχα.

Τα δοχεία αυτά ονομάζονται συνήθως «δεξαμενές» και είναι κύλινδροι εφοδιασμένοι με ευκίνητα έμβολα. Ανάμεσα στις δεξαμενές κυκλοφορεί αέρας, ο όγκος του οποίου αυξάνεται όταν βρίσκεται στη θερμή δεξαμενή ενώ μειώνεται όταν περνάει στην ψυχρή δεξαμενή. Οι μεταβολές στη θερμοκρασία προκαλούν αντίστοιχες μεταβολές στην πίεση, οπότε κινούνται τα έμβολα και η κίνηση αυτή μεταφέρεται στον στοφαλοφόρο άξονα. Έτσι, η παλινδρομική κίνηση των εμβόλων μετατρέπεται σε περιστροφική και μπορεί να κινηθεί π.χ. ένας τροχός συσκευής ή και αυτοκινήτου.

Η ευρεσιτεχνία του R. Stirling περιελάμβανε πλήθος εφαρμογών με διαφορετικούς κλιβάνους καθώς και μια «εργοπαραγωγό» μηχανή ισχύος η οποία, χάρη στην ύπαρξη του «αναγεννητή», παρουσίαζε μικρότερη κατανάλωση  καυσίμου από αντίστοιχες ατμομηχανές.

Η δυνατότητα λειτουργίας των κινητήρων Stirling με διάφορες πηγές θερμότητας, έχειιδιαίτερο εργαστηριακό και βιομηχανικό ενδιαφέρον. Δεδομένου ότι η καύση γίνεται εκτός του κινητήρα, οι εκπομπές αερίων ρύπων ελέγχονται ευκολότερα και μπορούν να μειωθούν. Οι μηχανέςStirling διερευνώνται ευρύτατα ως πρόταση βιώσιμης εναλλακτικής μετατροπής ενέργειας π.χ. σε χώρες με γεωθερμική δραστηριότητα, για την αντικατάστασητων ορυκτών καυσίμων ή και της πυρηνικής ενέργειας, αλλά ακόμα και από τη NASA για χρήση σε διαστημικά οχήματα.

Πηγές και προτάσεις για περαιτέρω μελέτη: https://goo.gl/1K1bGpΠανεπιστήμιο Ιωαννίνων

https://goo.gl/4C5iYn, Π. Μουρούζης, Υπεύθυνος Ε.Κ.Φ.Ε. Κέρκυρας

https://goo.gl/YgxZPuI. Εγιούπ, ΤΕΙ Καβάλας

http://bit.ly/2zrJ27Z Π. Τσαρούχη, Παν/μιο Πατρών

http://bit.ly/2gX4bePΝ. Παρχαρίδης, ΤΕΙ Σερρών

 

Threesome