Motor Stirling

Motor Stirling
1. Introducción.

El fenómeno físico de la expansión del aire caliente fue ya utilizado en tiempos de los egipcios para desarrollar trabajo mecánico, accionando de esta manera trampillas, puertas y pesadas cargas, pero fue en la revolución industrial cuando las máquinas llamadas “térmicas” se estudiaron, desarrollaron y aplicaron de manera general. El Motor Stirling objeto denuestro estudio es un tipo de motor térmico y como tal, genera trabajo mecánico a partir de la diferencia de temperaturas entre dos focos. La actual preocupación medioambiental y la cada vez más acuciante escasez de recursos energéticos de carácter fósil a hecho que se haya rescatado del olvido este genial artilugio como una de las posibles soluciones a tales problemas dados su excepcionalrendimiento.

2. Historia.

Robert Stirling fue un clérigo Escocés que, heredando el interés de su padre por la ingeniería, diseñó en 1816 un motor térmico que funcionaba sin peligro de las explosiones y quemaduras que tenia la máquina de vapor. Posteriormente sería el francés Sadi Carnot el que hiciera una interpretación teórica de su funcionamiento para comprender el fenómeno de producir fuerzamotriz partiendo del calor que fluye entre dos focos a distinta temperatura. Si bien en potencia no podía competir con la, famosa por entonces, máquina de vapor, era el motor de Stirling una máquina mucho más sencilla, barata y segura y se aseguró un campo de aplicación allí donde la fuerza no fuera un factor tan decisivo diseñándose así ventiladores y bombas de agua basadas en el principio de laexpansión y la compresión del aire.

3. Principios de funcionamiento.

El principio básico del funcionamiento del motor ideado por Stirling es calentar y enfriar un medio de trabajo, ya sea aire, helio, hidrógeno o
incluso alguna clase de líquido. Al calentar el medio de trabajo. conseguiremos que incremente su volumen, y se aprovechará ese
movimiento para desplazar una parte del motor.Posteriormente, enfriaremos de nuevo el medio de trabajo, reduciendo su volumen, y
consiguiendo que el motor vuelva a la posición inicial. El motor trabajará siempre con el mismo medio de trabajo, por lo que el motor debe ser hermético.

En nuestro diseño, primeramente se cerró herméticamente el tubo de ensayo con un tapón de goma, de manera que las esferas metálicas en su interior creen unmovimiento de oscilación sin fugas de aire, si es que dichas esferas tienen un peso considerable, opcionalmente podemos colocar un poco de virutilla en la base del tubo para evitar posibles rajaduras, ya que debemos recalcar que en este tubo no puede existir ningún tipo de fugas de gas.
Habiendo acabado el armado de la anterior pieza, procedemos a situar un aro metálico en el mástil de unsoporte, en la circunferencia del aro metálico, se colgaron dos varillas de hierro dobladas de forma que generen un movimiento basculante sobre el tubo de ensayo. Después se procedió a enrollar un poco de alambre alrededor del tubo de ensayo, para que de esta forma, se pueda colocar libremente el tubo sobre el soporte armado.
Empotrada a una base de madera, una jeringa con la boca arriba, se conecta altubo mediante una manguerilla de goma. Y finalmente se prende fuego a la base del tubo de ensayo, para así generar un calor y mediante expansión térmica de los gases, generar un trabajo mecánico.
El ciclo termodinámico del motor de Stirling visto en la gráfica de presión contra volumen, se compone de dos procesos isotermos (se mantiene constante la temperatura) y de dos procesos isócoros (semantiene constante el volumen), veamoslo en detalle:
Si partimos por ejemplo de la situación en la que el pistón desplazador se encuentra en la posicion más baja, el aire se encontrará por competo en la cámara fría del cilindro, supongamos pues que esas condiciones son de temperatura T1, volumen V1 y presión P1. Ahora el pistón desplazador comienza subir y en consecuencia el aire comienza a ser...