Motor Stirling

MOTOR STIRLING

Introducción

En este presente trabajo aprenderemos a fabricar un motor stirling casero, el cual se define como una máquina que convierte trabajo en calor y viceversa, a través de un ciclo termodinámico, con compresión y expansiones cíclicas del fluido del trabajo. El motor Stirling que fabricamos es un motor de tipo gamma, que genera trabajo a partir de diferencias de temperaturas.

Una de las ventajas del motor Stirling es la combustión externa y no hay explosión, por lo que el motor es extremadamente silencioso y libre de vibraciones. Hoy en día se utiliza estos motores para generar calor, para impulsar cosas y próximamente como motores en automóviles híbridos, existen aun pocas aplicaciones comerciales y muchos proyectos de investigación.

Es por estas razones que el motor Stirling es muy útil.

Objetivos:

Aplicar la Segunda Ley de la Termodinámica fabricando un motor Stirling casero.

Entender el funcionamiento del motor Stirling.

Aprender a gestionar un proyecto economizando costos.

Teoría

El motor Stirling fue originalmente inventado por Sir Robert Stirling, fraile escocés, hacia 1816. En sus inicios compitió efectivamente con el motor a vapor. Perdió interés después del desarrollo del motor de combustión interna y ha retomado interés en los últimos años por varias características muy favorables que tiene.

Este motor intercambia el calor con el exterior, por lo tanto es adaptable a una gran gama de fuentes de calor para su operación. Se han construido motores Stirling que usan como fuente de calor la energía nuclear, energía solar, combustibles fósiles, calor de desecho de procesos, etc. Al ser de combustión externa, el proceso de combustión se puede controlar muy bien, por lo cual se reducen las emisiones.

El ciclo ideal Stirling se compone de dos procesos isométricos (calentamiento y enfriamiento del fluido de trabajo a volumen constante) y dos isotérmicos (compresión y expansión a temperatura constante). La eficiencia termodinámica del ciclo ideal Stirling es igual a la de un ciclo de Carnot, trabajando a las mismas temperaturas de las fuentes de calor, lo cual se debe principalmente a la «regeneración» que se lleva a cabo durante los procesos a volumen constante del ciclo.

¿Que es un motor stirling?

Se define un motor stirling como un dispositivo que convierte trabajo en calor y viceversa, a traves de un ciclo termodinamicoregenerativo, con conpresion y expansion ciclicas del fluido de trabajo, operando dichofluido entre dos temperaturas la del foco caliente y la del foco frio. Es una maquina combustion externa, osea, puede adaptarse a cualquier fuente de energia (combustion convensional o mixta, por ejemplo, con biomasa y gas, energia solar), sin que elloa afecteal funcionamiento interno del motor.

TIPOS DE MOTORES STIRLING

Motores tipo Alfa:

Este tipo de motor no utiliza desplazador como en la patente original de Stirling, pero desde el punto de vista termodinámico el funcionamiento es similar. Fue diseñado por Rider en Estados Unidos.

Consta de dos cilindros independientes conectados por un tubo en el que se situa el regenerador que almacena y cede el calor, en cada uno de los cilindros hay un pistón que se mueve 90 grados desfasado respecto al otro.

Uno de los cilindros se calienta mediante un mechero de gas o alcohol y el otro se enfría mediante aletas o agua.

El desfase entre los dos pistones hace que el aire, pase de un cilindro a otro calentándose, enfriándose y realizando el trabajo que permite el funcionamiento del motor.

Motores tipo Beta:

El motor original de Stirling era de este tipo.Consta de un cilindro, con una zona caliente (mediante un mechero de gas, alcohol etc.), una zona fría (refrigerada por aletas , agua etc.).

En el interior del cilindro esta el desplazador cuya misión es pasar el aire de la zona fría a la caliente y viceversa.

Los motores pequeños no suelen llevar regenerador, únicamente una holgura de algunas décimas de milímetro entre el desplazador y el cilindro para permitir el paso del aire.

Los motores grandes suelen llevar un regenerador externo por el que debe pasar el aire en su camino de la zona fría a la caliente y viceversa

Concéntrico con el desplazador esta situado el pistón de potencia.

Mediante un cigüeñal especial el movimiento del pistón y el desplazador están desfasados 90 grados, lo que permite que el motor funcione.

Desde el punto de vista termodinámico es el motor más eficaz, pero su construcción es complicada ya que el pistón debe de tener dos bielas y permitir el paso del vástago que mueve el desplazador.

Motor tipo Gamma:

Este tipo esta derivado del beta, pero es mas sencillo de construir.

Consta de dos cilindros separados en uno de los cuales se sitúa el desplazador y en otro el pistón de potencia.

Los sistemas para enfriar y calentar son idénticos a los del tipo beta.

En este tipo el pistón de potencia es mucho más sencillo de construir ya que es similar al de un motor de motocicleta. Aquí el pistón y el desplazador también deben de moverse desfasados 90 grados, lo cual se consigue mediante el cigüeñal adecuado.

Desde el punto de vista termodinámico es menos eficaz que el tipo beta , puesto que la expansión de trabajo se realiza en su totalidad a menor temperatura.

Si deseas ver los movimientos del pulsa el rectángulo rojo.

Asi como tambien hay estos tipos de motores stirling tambien hay:

MOTORES ESPECIALES

uno de los motores especiales son:

Ringbom:

En los diferentes caminos de investigación sobre motores de Stirling, algunos autores trabajaron y siguen trabajando

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