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Motor Stirling

Motor Stirling

El motor Stirling es un motor térmico de combustión externa. Originariamente se concibió como un motor principal industrial para competir con la máquina de vapor, pero en la práctica, durante más de un siglo sólo se usó para aplicaciones domésticas y para motores de baja potencia.

El motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling, un cura escocés. Una de las preocupaciones de la época era la seguridad de las máquinas de vapor. El objetivo de Stirling era conseguir un motor menos peligroso que la máquina de vapor.

El funcionamiento del motor Stirling se basa en la expansión y contracción de un gas que puede ser helio, hidrógeno, nitrógeno o aire. A este gas se le obliga a desplazarse cíclicamente de una fuente fría donde se contrae a una fuente caliente donde se expande. Se considera como un motor térmico. Se trata de un motor termodinámico debido a la presencia de un gradiente de temperaturas entre las dos fuentes térmicas.

Actualmente, aún se investiga el desarrollo. El hecho de que sólo necesite una fuente de calor externa le da una gran versatilidad ya que este hecho le da la posibilidad de poder utilizar muchas fuentes de energía para su funcionamiento. Ejemplos de fuentes de energía utilizadas en un motor Stirling son la energía solar térmica, combustibles fósiles tales como carbón o petróleo, biomasa, energía geotérmica y otras.

Funcionamiento de un motor Stirling

Un motor Stirling es un motor alternativo que funciona en un ciclo regenerativo termodinámicamente cerrado. El motor Stirling funciona con compresión cíclica y expansión cíclica del fluido de trabajo a diferentes niveles de temperatura.

Funcionamiento de un motor StirlingEl motor Stirling es un motor térmico que funciona a través de un ciclo de compresión y expansión de un gas. Se utilizan dos niveles de temperatura que hace que haya una conversión neta de energía térmica en energía mecánica (trabajo mecánico). El gas comprimido ejerce una presión sobre un pistón. El pistón va conectado a un eje cigüeñal que permite convertir el movimiento lineal del pistón por dentro del cilindro en un movimiento de rotación de un eje.

Dentro del grupo de los motores térmicos, al igual que la máquina de vapor, el motor Stirling se clasifica como un motor de combustión externa; todas las transferencias de calor con el gas de trabajo se hacen a través de la pared del motor. En cambio, en un motor de combustión interna la entrada de calor se hace por la combustión de una combustible dentro del cuerpo del fluido de trabajo.

Rendimiento del motor Stirling

Como es típico en los motores térmicos, el ciclo general del motor Stirling consiste en:

  • Comprimir el gas frío
  • Calentar el gas
  • Expandir el gas caliente
  • Enfriar el gas antes de repetir el ciclo.

La eficiencia del proceso queda muy restringida por la eficiencia del ciclo de Carnot, que depende de la diferencia de temperatura entre el depósito caliente y el frío. De todos modos, el motor Stirling es el único capaz de aproximarse al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot.

Diferencias entre el motor Stirling y el motor de vapor

A diferencia de un motor de vapor el motor Stirling cierra una cantidad fija de fluido en estado permanentemente gaseoso como es el aire. En cambio, en la máquina de vapor el fluido de trabajo sufre un cambio de fase de líquido a gas.

El motor Stirling se caracteriza por su alta eficiencia en comparación con las máquinas de vapor, un funcionamiento más silencioso, y mayor facilidad para utilizar diferentes fuentes de calor.

Esta compatibilidad con las fuentes de energías alternativas y renovables ha sido cada vez más importante a medida que subía el coste de los combustibles fósiles convencionales, y la sensibilidad social con el cambio climático. El motor Stirling es actualmente de interés como núcleo de las unidades microcombinades de calor y energía, es decir de cogeneración, en las que es más seguro y eficiente que una energía de vapor.

Aplicaciones del motor Stirling

Esta tecnología se considera que será de gran aplicación para regiones donde hay gran número de pobladores dispersos, a los cuales sería muy costoso llegar con red eléctrica.

Es de esperar que los fabricantes de motores Stirling construyan en gran escala unidades pequeñas de ese mismo tipo, (con disco solar) como por ejemplo con capacidad de producir unos 200 a 400 kWh al mes (equipos de 1 a 2 kW de potencia aproximadamente); especialmente para los países situados entre los trópicos, pues en estas zonas la cantidad de radiación solar es grande a lo largo de todo el año y a su vez es la región donde hay más población dispersa.

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Última revisión: 13 de diciembre de 2017