MOTOR STIRLING

INDICE

ANTECEDENTES: 1

• Rendimiento: 1

• Fuente de Calor Externa: 1

• Ciclo cerrado 1

MOTOR STIRLING, DISPOSITIVO TERMODINÁMICO REGENERATIVO 1

INTRODUCCION: 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 3

OBJETIVOS 4

MARCO TEORICO: 4

FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR STIRLING 4

CICLO STIRLING TEORICO: 5

CICLO DE FUNCIONAMIENTO: 6

FASE A 7

FASE B 7

FASE C 8

FASE D 9

PRINCIPIOS: 9

VENTAJAS Y DESVENTAJAS 10

Defectos sobresalientes del motor Stirling 11

Bibliografía 11

ANTECEDENTES:

El religioso escocés Robert Stirling (1790-1878), inventó este tipo de motor en 1816. Otra contribución importante en el desarrollo de esta máquina automotriz la entregó el genio francés Sadi Carnot (1796-1832), quien fue el primer científico en realizar una interpretación teórica del funcionamiento de los motores térmicos, estableciendo los principios físicos que participan, cuando estan en movimiento. Esta teoría permitió comprender con mayor claridad, el fenómeno que permitía al Stirling producir fuerza motriz.

Ha retomado interés en los últimos años por varias características muy favorables que tiene. En particular:

• Rendimiento: como veremos, el motor Stirling tiene el potencial de alcanzar el rendimiento de Carnot, lo cual le permite, teóricamente, alcanzar el límite máximo de rendimiento.

• Fuente de Calor Externa: 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 construído 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.

• Ciclo cerrado: el fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado y la fuente de calor es externa. Esto hace que este motor sea, potencialmente, de muy bajo nivel de emisiones.

MOTOR STIRLING, DISPOSITIVO TERMODINÁMICO REGENERATIVO

INTRODUCCION:

Todos los motores termodinámicos funcionan con ciclos de calor, llamados con mayor propiedad ciclos termodinámicos. Cada uno de estos ciclos tiene un nombre. Los motores termodinámicos se clasifican en endotérmicos (combustión interna) y exotérmicos (combustión externa). Como ejemplo de motores de combustión interna son los que se usan en los autos, estos funcionan con el ciclo Otto, los camiones, trenes y barcos con el ciclo Diesel, las plantas de poder frecuentemente funcionan con el Ranking, mientras que las turbinas de gas funcionan con el ciclo Brayton. En los motores de combustión externa destaca uno en especial el motor Stirling cuyo ciclo fue entre los primeros de los ciclos termodinámicos en ser operados por los ingenieros.

La idea del ciclo Stirling fue alternando aire caliente y frío en un cilindro.

Los motores térmicos transforman un flujo de calor en trabajo mediante una serie de procesos termodinámicos que realizan de forma continuada sobre un fluido motor. En conjunto estos procesos forman un ciclo termodinámico. Un ciclo termodinámico es una evolución cíclica de procesos térmicos dentro de un intervalo de temperaturas.

El funcionamiento de los motores térmicos esta caracterizado por la temperatura máxima y mínima entre las que opera el fluido motor, así como la rapidez con que es capaz de realizar el ciclo, cuestión que definirá su potencia.

Otro aspecto tecnológico muy importante es el proceso empleado para aportar el calor al ciclo, distinguiéndose los motores exotérmicos de los endotérmicos. En los procesos exotérmicos el calor que requiere el ciclo termodinámico es aportado al fluido de trabajo en un dispositivo externo como en el caso de la maquina de vapor y del motor Stirling. El fluido motor siempre es el mismo y no cambia de composición.

Por el contrario, en los motores endotérmicos el calor es aportado al fluido del trabajo haciéndolo intervenir como comburente en un proceso de combustión, que se desarrolla en el interior del mecanismo como en el caso de los coches (motor Otto), aviones (turborreactores), y en gran cantidad de industrias. Con lo que será necesario sustituir el fluido motor después de cada ciclo de trabajo, puesto que, debido al cambio de composición química sufrido en el proceso de combustión, el fluido resultante no es reutilizable después de haber transferido su energía al mecanismo.

La forma de aportación de calor al ciclo no presenta diferencias en los procesos

termodinámicos; sin embargo, las diferencias tecnológicas son determinantes.

Los motores endotérmicos solo pueden trabajar con combustible de una cierta calidad, dado que el proceso de combustión debe realizarse, a enorme rapidez, en el interior del mecanismo. En cambio, los motores exotérmicos aportan el calor al ciclo mediante una transferencia de calor, con lo que pueden aprovechar combustibles de inferior calidad, como puede ser la biomasa o gases de escape de otros motores, o incluso fuentes de calor alternativas, como la energía solar o la fisión nuclear.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El motor Stirling representa un reto a la tecnología. En este trabajo se planteara el estudio termodinámico de una maquina térmica considerada la mas eficiente.

OBJETIVOS

• Construir una maquina térmica Stirling y hacerla funcionar con materiales comunes, de fácil acceso.

• Determinar las ventajas y desventajas en el motor Stirling.

• Determinar la importancia de un regenerador.

MARCO TEORICO:

FUNCIONAMIENTO DE UN MOTOR STIRLING

Se define maquina Stirling como aquel dispositivo que convierte calor en trabajo, o viceversa, a través de un ciclo termodinámico regenerativo, con compresión y expansión cíclicas del fluido de trabajo, operando dicho fluido entre dos temperaturas, la del foco caliente y la del foco frío.

En el motor Stirling un gas esta confinado en una cámara cerrada, no sale al ambiente. El gas se desplaza de un extremo a otro de la cámara, cuando está en un extremo, una fuente de calor externa lo calienta; esto hace que se expanda y así se produce la fuerza del motor. Una vez que alcanza su máxima expansión, el gas se traslada al otro extremo de la cámara, donde se enfría, lo que provoca que se comprima. Después se lleva nuevamente al extremo caliente para iniciar un nuevo ciclo. Un tambor desplazador mueve el gas entre los dos extremos

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