Motor Stirling De Aire Caliente

El motor de aire caliente Stirling, utiliza una fuente de calor fija, para calentar aire en su cilindro. Se le puede considerar de combustión externa y proceso adiabático, ya que no requiere quemar combustible en su interior y al operar, no transfiere calor al entorno. Su movimiento obedece a las diferencias de presión de aire, entre la porción mas caliente y la fría. El mecanismo central de un Stirling consiste de dos pistones/cilindros, uno para disipar calor y desplazar aire caliente hacia la sección fría (viceversa). En la práctica este cilindro funciona como intercambiador de calor y se le denomina regenerador.

El otro pistón entrega la fuerza para aplicar torque al cigüeñal.

Eficiencia del Stirling

Utilizando un diseño adecuado de Stirling, es posible obtener dos pulsos de fuerza por cada vuelta del cigüeñal, lo que hace de este motor el más eficiente que se conoce. Sin embargo, adolece de un problema que lo condena a ser el propulsor de un número limitado de maquinaria: no es posible ponerlo en funcionamiento en forma instantánea.

Historia y Desarrollo

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.

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El interés de esta página es difundir los motores de ciclo Stirling entre las comunidades de habla hispana.

Introducción

En 1816 el reverendo Escocés Robert Stirling patentó un motor que funcionaba con aire caliente. La patente de este motor era el final de una serie de años intentando simplificar el motor de vapor. Stirling consideraba demasiado complicado calentar agua en una caldera, producir vapor, expansionarlo en un motor, condensarlo y mediante una bomba introducir de nuevo el agua en la caldera.

Además de complicado, dada la tecnología de aquellos tiempos las calderas de vapor eran peligrosas ya que explotaban con facilidad.

El motor de Stirling realizaba los mismos procesos de calentamiento y enfriamiento de un gas, pero todo dentro del motor y el gas era aire en vez de vapor de agua, por lo que el motor no necesitaba caldera. Este tipo de motores fue bastante utilizado en su época, sobre todo para pequeñas maquinas de uso domestico tales como ventiladores, bombas de agua etc.., su potencia especifica no era muy elevada pero su sencillez y silencio eran magníficos.

Como funciona un motor de Stirling

Imaginemos un tubo de ensayo en el que hemos introducido unas canicas, hemos puesto un tapón y mediante un tubo de silicona lo hemos conectado con un pequeño globo.

Si calentamos un extremo del tubo de ensayo por ejemplo con un mechero de alcohol, tendremos dos zonas una fría y otra caliente en el tubo.

Si las canicas están en la zona caliente, el aire del interior del tubo estará en la zona fría y el globo se mantendrá desinflado.

Si inclinamos el tubo de modo que las canicas pasen al otro lado, el aire deberá pasar a la zona caliente y por lo tanto se calentará aumentando su temperatura y su presión con lo que el globo se hinchará y podrá realizar un trabajo.

Si volvemos a inclinar el tubo en sentido contrario las canicas volverán a la zona caliente y el aire a la zona fría con lo que se volverá a enfriar y el globo se desinflará.

Mediante un mecanismo tan sencillo, calentando y enfriando aire se puede hacer un motor. Si quieres verlo pulsa en este texto

Un motor construido así no es muy eficaz, ya que el calor gastado en calentar el aire se utiliza en producir un trabajo (inflar el globo) pero se pierde al enfriar el aire cuando las canicas lo hacen pasar a la zona fría.

Si sustituyéramos la canica central por una bolita formada hilos metálicos muy finos (por ejemplo lana de acero de la utilizada para pulir), el aire al pasar de la zona caliente a la fría cedería su calor a estos hilitos y luego al pasar de la zona fría a la caliente tomaría calor de estos hilos y no sería necesario aportar tanto calor para inflar el globo.

En los motores de Stirling las canicas son sustituidas por un cilindro que desplaza el aire de la zona caliente a la fría y que se denominaDesplazador y el globo es sustituido por un conjunto cilindro pistón que es quien realiza el trabajo del motor. La bolita de hilos metálicos que almacena y cede calor se denomina Regenerador.

Realizar pequeños modelos de motores de Stirling es relativamente sencillo e incluso pueden construirse sin maquinas complicadas tales como tornos, fresadoras etc.

Si quieres una explicación más científica pulsa en este texto

Motor Stirling, tecnología obsoleta o demasiado avanzada?

Mi primer post, espero que sea util.

El Motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling, un sacerdote escocés, que estaba muy preocupado por la cantidad de muertos que había entre los mineros escoceses a causa del uso de la máquina de vapor para desagotar las minas. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la máquina de vapor.

Al calentar cualquier sustancia esta se dilata, al enfriarla se contrae, lo mismo ocurre con un gas. La idea del motor Stirling es aprovechar esta propiedad.

Stirling encerró un gas en un recipiente calentando un lado del mismo y enfriando el otro lado, con un dispositivo hacia que el gas se calentara y enfriara cíclicamente, logrando que el mismo se dilatara y contrajera alternativamente, de esta variación de volumen extraía un trabajo mecánico.

Al ser necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas entre dos puntos se trata de un motor térmico. Básicamente es el principio de funcionamiento.

Existen varios tipos de motores Stirling, se denominan tipo Beta, Alfa y Gama, pero en general constan todos de los mismos elementos. Un elemento desplazador del gas que justamente se denomina de ese modo “desplazador”, un elemento que aprovecha el trabajo generado, que en general se lo denomina pistón de potencia y un elemento de conexión entre ambos pistones, generalmente un cigüeñal.

El motor

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