Motores Stirling

Objetivo general

Conocer su historia Identificar como está hecho o de que materiales esta echo el motor Stirling y que mecanismos utiliza para su funcionamiento.

Objetivo especifico

Conocer el funcionamiento del motor Stirling y sus partes también conocer un mecanismo que permita generar energía a partir del calor, también conocer el rendimiento y la confiabilidad que nos puede brindar este motor

MOTORES STIRLING

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 están en movimiento. Esta teoría permitió comprender con mayor claridad, el fenómeno que permitía al Stirling producir fuerza motriz.

¿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 desplazado 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 desplazado 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 es:

Ringbom:

En los diferentes caminos de investigación sobre motores de Stirling, algunos autores trabajaron y siguen trabajando en simplificar los mecanismos de movimiento del pistón y del desplazador.

En 1905 Ossian Ringbom patentó un motor cuyo desplazador se movía por una combinación de las variaciones internas de la presión en el motor y la fuerza de la gravedad. La simplicidad de este mecanismo es asombrosa aunque en su tiempo no tuvo gran éxito puesto que al necesitar de la fuerza de la gravedad para mover el desplazador, la velocidad del motor no era muy elevada. Posteriormente los investigadores que trabajaron con este tipo de motor, descubrieron que con pequeñas modificaciones sobre la patente original de Ringbom podía realizarse un motor igual de sencillo y a su vez tan rápido con cualquiera de los tipos clásicos de motores de Stirling. Un esquema simplificado del motor Ringbom se describe en la siguiente figura. Un motor Stirling es un motor térmico operando por compresión y expansión cíclica de aire o otro gas, el llamado fluido de trabajo, a diferentes niveles de temperatura tales que se produce una conversión neta de energía calorífica a energía mecánica.1 2 O más específicamente, un motor térmico de ciclo cerrado regenerativo con un fluido gaseoso permanente, donde el ciclo cerrado es definido como un sistema termodinámico en el cual el fluido está permanentemente contenido en el sistema, y

regenerativo describe el uso de un tipo específico de intercambio de calor y almacenamiento térmico, conocido como el regenerador. Esta inclusión de un regenerador es lo que diferencia a los motores Stirling de otros motores de ciclo cerrado.

Originalmente concebidos en 1816 por Robert Stirling como un primer motor diseñado para rivalizar con el motor de vapor, en la práctica su uso se redujo a aplicaciones domésticas por casi un siglo.3 . Los motores Stirling tienen una alta eficiencia, si se le compara con los motores de vapor,4 y gran facilidad para ser aplicados a cualquier fuente de calor. Estas ventajas están haciendo que vuelva a tener interés este tipo de motores, y su aplicación en sistemas en captadores de energías renovables.

DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO

El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción. Conviene advertir que no serviría como motor de coche, porque aunque su rendimiento es superior, su potencia es inferior (a igualdad de peso) y el rendimiento óptimo sólo se alcanza a velocidades bajas. El ciclo teórico de Carnot es inalcanzable en la práctica, y el ciclo Stirling real tendría un rendimiento intrínsecamente inferior al Ciclo de Carnot, además el rendimiento del ciclo es sensible a la temperatura exterior, por lo que su eficiencia es mayor en climas fríos como el invierno en los países nórdicos, mientras tendría menos interés en climas como los de los países ecuatoriales, conservando siempre la ventaja de los motores de combustión externa de las mínimas emisiones de gases contaminantes, y la posibilidad de aceptar fuentes de calor sin combustión.

Su ciclo de trabajo se conforma mediante 2 transformaciones ascórbicas (calentamiento y enfriamiento a volumen constante) y dos isotermas (compresión y expansión a temperatura constante)

Existe un elemento adicional al motor, llamado regenerador, que, aunque no es indispensable, permite alcanzar mayores rendimientos. El regenerador es un intercambiador de calor interno que tiene la función de absorber y ceder calor en las evoluciones a volumen constante del ciclo. El regenerador consiste en un medio poroso con conductividad térmica despreciable, que contiene un fluido. El regenerador divide al motor en dos zonas: una zona caliente y otra zona fría. El fluido se desplaza de la zona caliente a la fría durante los diversos ciclos de trabajo, atravesando el regenerador. Puede emplear 1, 2, 3 o más pistones.

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 más 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. Motor isotérmico simple. Motor Stirling animado.

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.

CONCLUSIONES:

Es un motor de combustión externa. El principio de funcionamiento es el trabajo hecho por la expansión y contracción de un

gas. Su ciclo de trabajo se conforma mediante 2 transformaciones isocóricas (calentamiento y

enfriamiento a volumen constante) y dos isotermas (compresión y expansión a temperatura constante)

El regenerador tiene la función de recuperar parte de la energía que se cede en uno de los procesos isocoro donde se enfría el gas de trabajo para aportarlo de nuevo en el proceso isocoro restante.

Si no existe regenerador, el motor también funciona, pero su rendimiento es inferior. El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento

máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot .A más diferencia de temperaturas, mayor es el área del ciclo termodinámico, Conforme la

diferencia de temperaturas entre focos va aumentando, la velocidad del motor aumenta lentamente

BIBLIOGRAFIA:

1. FISICA I Félix Auccallanchi2. http://www.slideshare.net/renatolachira/motor-stirling3. http://www.alpoma.net/tecob/?p=3904. http://www.youtube.com/watch?v=-LBAYLs-8oM5. http://www.meneame.net/story/animacion-como-funciona-motor-stirling6. http://www.youtube.com/watch?v=RcV_y_sKC_E7. http://www.youtube.com/watch?v=RTBpoSgzCLY&feature=related8. http://www.youtube.com/watch?v=-7YK3Gd0thg&feature=related9. http://www.youtube.com/watch?v=3utQOU0RDt4&feature=related10. http://mistirling.blogspot.com/2008/09/cmo-construir-un-motor-stirling-casero.html11. http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3024/6/54915-6.pdf12. http://motorstirlingyadyrtecsup.blogspot.com/