Las aplicaciones del motor Stirling se pueden dividir en tres categorías principales:
- Propulsión mecánica
- Calefacción y la refrigeración
- Sistemas de generación eléctrica
Un motor Stirling es un motor térmico que funciona mediante compresión cíclica y expansión de aire u otro gas, el fluido de trabajo. Durante el ciclo Stirling existe una conversión neta de calor a trabajo mecánico. El motor térmico de ciclo Stirling también operar de forma inversa, usando una entrada de energía mecánica para impulsar la transferencia de calor en una dirección inversa (es decir, una bomba de calor o refrigerador).
Generación de electricidad mediante un motor Stirling
Energía nuclear
Existe un potencial para los motores Stirling de propulsión nuclear en las plantas de generación de energía eléctrica. Reemplazar las turbinas de vapor de las centrales nucleares con motores Stirling podría simplificar la planta, producir una mayor eficiencia y reducir los subproductos radiactivos.
Varios diseños de reactores reproductores usan sodio líquido como refrigerante. Si el calor se va a emplear en una planta de vapor, se requiere un intercambiador de calor de agua / sodio, lo que genera cierta preocupación ya que el sodio reacciona violentamente con el agua. Un motor Stirling elimina la necesidad de agua en cualquier parte del ciclo. Esto tendría ventajas para las instalaciones nucleares en regiones secas.
Energía solar
El motor Stirling se sitúa en el foco de un espejo parabólico, un motor Stirling puede convertir la energía solar en electricidad con una eficiencia mejor que las células fotovoltaicas no concentradas, y comparable a la fotovoltaica concentrada.
Combinado calor y potencia
En un sistema combinado de calor y potencia (CHP), la energía mecánica o eléctrica se genera de la manera habitual, sin embargo, el calor residual emitido por el motor se utiliza para suministrar una aplicación de calefacción secundaria. Esto puede ser virtualmente cualquier cosa que use calor a baja temperatura. A menudo es un uso de energía preexistente, como la calefacción comercial de espacios, el calentamiento de agua residencial o un proceso industrial.
Las centrales térmicas en la red eléctrica usan combustible para producir electricidad. Sin embargo, hay grandes cantidades de calor residual que a menudo no se utilizan. En otras situaciones, el combustible de alta calidad se quema a alta temperatura para una aplicación a baja temperatura. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, un motor térmico puede generar energía a partir de esta diferencia de temperatura.
En un sistema CHP, el calor primario de alta temperatura ingresa al calentador del motor Stirling, luego parte de la energía se convierte en energía mecánica en el motor y el resto pasa al enfriador, donde sale a baja temperatura. El calor "residual" en realidad proviene del enfriador principal del motor, y posiblemente de otras fuentes como el escape del quemador, si hay uno.
La potencia producida por el motor se puede utilizar para ejecutar un proceso industrial o agrícola, que a su vez genera desechos de desechos de biomasa que pueden utilizarse como combustible gratuito para el motor, lo que reduce los costos de eliminación de desechos. El proceso general puede ser eficiente y rentable.
Motor Strirling para salida mecánica y propulsión
Analizamos diferentes casos en que se utiliza el motor Stirling para obtener un trabajo mecánico:
Motores automotrices
A menudo se afirma que el motor Stirling tiene una relación potencia / peso demasiado baja, un costo demasiado alto y un tiempo de arranque demasiado largo para las aplicaciones de automoción. También tienen intercambiadores de calor complejos y costosos. Un enfriador Stirling debe rechazar el doble de calor que un motor Otto o un radiador de motor diésel.
El calentador debe estar hecho de acero inoxidable, aleación exótica o cerámica para soportar altas temperaturas de calentamiento necesarias para una alta densidad de potencia, y para contener gas de hidrógeno que se usa a menudo en los automóviles Stirling para maximizar la potencia. Las principales dificultades involucradas en el uso del motor Stirling en una aplicación automotriz son el tiempo de arranque, la respuesta de aceleración, el tiempo de apagado y el peso, que no todas tienen soluciones ya preparadas.
Motores de aviones
Los motores Stirling pueden ser teóricamente prometedores como motores de aviación, si se puede lograr alta densidad de potencia y bajo costo. Son más silenciosos, menos contaminantes, ganan eficiencia con la altitud debido a temperaturas ambientales más bajas, son más confiables debido a la menor cantidad de piezas y la ausencia de un sistema de ignición, producen mucha menos vibración (los fuselajes pueden durar más tiempo) y usan combustibles más seguros y menos explosivos.
Sin embargo, el motor Stirling a menudo tiene una baja densidad de potencia en comparación con el motor Otto de uso común y la turbina de gas de ciclo Brayton. Este problema ha sido un motivo de discordia en los automóviles, y esta característica de rendimiento es aún más crítica en los motores de los aviones.
Vehículos eléctricos
Los motores Stirling como parte de un sistema de accionamiento eléctrico híbrido pueden evitar los desafíos o desventajas de diseño de un automóvil Stirling no híbrido.
En noviembre de 2007, el proyecto Precer en Suecia anunció un prototipo de automóvil híbrido con biocombustible sólido y un motor Stirling.
Motores marinos
El motor Stirling podría ser adecuado para sistemas de energía sumergidos donde se requiere trabajo eléctrico o mecánico en un nivel intermitente o continuo. General Motors ha llevado a cabo una cantidad considerable de trabajo en motores avanzados de ciclo Stirling que incluyen almacenamiento térmico para aplicaciones submarinas. United Stirling, en Malmo, Suecia, está desarrollando un motor experimental de cuatro cilindros que utiliza peróxido de hidrógeno como oxidante en los sistemas de alimentación submarina.
Motores de bomba
Los motores Stirling pueden impulsar bombas para mover fluidos como agua, aire y gases. Por ejemplo, la potencia de salida ST-5 de Stirling Technology Inc. de 5 caballos de fuerza (3.7 kW) que puede hacer funcionar un generador de 3 kW o una bomba de agua centrífuga.
Uso del motor Stirling para calefacción y refrigeración
Si se suministra con potencia mecánica, un motor Stirling puede funcionar en reversa como una bomba de calor para calefacción o refrigeración. A fines de la década de 1930, la Philips Corporation of the Netherlands utilizó con éxito el ciclo de Stirling en aplicaciones criogénicas. Los experimentos se han llevado a cabo usando energía eólica conduciendo una bomba de calor de ciclo Stirling para calefacción doméstica y aire acondicionado.