MISURE SPERIMENTALI SU UN MOTORE STIRLING COGENERATIVO PER APPLICAZIONE DOMESTICA

I motori Stirling in assetto cogenerativo trovano una naturale applicazione nell’ambito domestico. Con il fine di verificare lo stato dell’arte di queste macchine e di indentificare i margini di miglioramento, il Laboratorio di Micro-Cogenerazione del Politecnico di Milano sta conducendo una campagna sperimentale su un modello commerciale a gas naturale di rete capace di generare elettricamente 1 kW e termicamente 8 oppure 15 kW grazie all’utilizzo del bruciatore principale, nel primo caso, e all’accensione di uno ausiliario, nel secondo. In ogni verifica, la portata massica e la temperatura dell’acqua di ritorno al motore sono misurate e controllate. Le altre grandezze misurate sono: portata massica e composizione del gas naturale; temperatura ed umidità dell’aria; potenza elettrica generata; temperatura dell’acqua di mandata; temperatura, composizione ed emissioni nei fumi; e, infine, quantità di condense dai fumi. I tre tipi di funzionamento analizzati sono: stato stazionario con solo bruciatore principale, stato stazionario con anche bruciatore ausiliario e andamento a gradini tramite accensioni e spegnimenti programmati dei due bruciatori; per i primi due è definita una matrice 3x3 di prove (tre portate e tre temperature dell’acqua di ritorno), mentre per l’ultimo sono definite quattro prove differenti. La rielaborazione dei dati sperimentali indica che il rendimento elettrico in assetto puramente cogenerativo è 10-11% (riferito al potere calorifico inferiore del combustibile) ed è debolmente influenzato da portata e temperatura dell’acqua di ritorno. Il rendimento termico è invece influenzato fortemente sola dalla temperatura e vale circa 98.5% per un ritorno a 30°C, 90.5% a 50°C e 87.5% a 70°C. Il valore di molto superiore alla temperatura più bassa è dovuto all’abbondante condensazione dell’acqua nei fumi. L’accensione del brucatore ausiliario implica, a parità di condizioni, una diminuzione del rendimento elettrico di 3-4 punti percentuali ed un aumento di quello termico di 2. L’andamento a gradini, a pari produzione termica del funzionamento ad un bruciatore, vede invece una diminuzione di circa il 20% della produzione elettrica. L’analisi di propagazione dell’errore indica che l’incertezza sul rendimento elettrico è circa 0.3% e quella sul termico 2.9%; la misura che pesa maggiormente è quella della composizione del gas naturale.