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1. INTRODUCCIÓN AL MOTOR STIRLING
El motor Stirling, es un motor exotérmico de ciclo cerrado regenerativo que dada
una fuente de calor externa, convierte parte de la energía de dicha fuente en energía
mecánica neta mediante la expansión y compresión del gas que circula por el motor,
también llamado fluido de trabajo. El ciclo cerrado es aquel sistema termodinámico en el
cual el fluido detrabajo se encuentra permanentemente contenido en el sistema.
El componente clave de este tipo de motores es el regenerador, puesto que está
directamente relacionado con los fundamentos del motor Stirling, y es lo que lo diferencia
de otros motores de ciclo cerrado. El regenerador actúa como intercambiador de calor y
como dispositivo de almacenamiento térmico al mismo tiempo, manteniendo doszonas
diferenciadas en sendos extremos del motor, una zona fría y otra caliente. Suele diseñarse
como una malla metálica de alta conductividad térmica, que ocupa un volumen poroso
entre los dos focos del motor Stirling.
En la práctica, la mayor parte de los motores Stirling comerciales, incluyen:

Fig. 1 Esquema de un motor Stirling tipo alfa

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Cilindro de compresión: Acopladoa un pistón desplazable, aprovecha parte de la
energía mecánica del motor para comprimir el fluido de trabajo y cambiar el
sentido del flujo.
Enfriador: Mediante un circuito de refrigeración evacua el calor del fluido de
trabajo que el regenerador no ha sido capaz de eliminar.
Regenerador: Absorbe el calor del fluido de trabajo en su proceso de enfriamiento,
almacenándolo brevemente en suvolumen, para devolverlo al mismo fluido en el
posterior proceso de calentamiento a lo largo de un ciclo.
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1. INTRODUCCIÓN AL MOTOR STIRLING

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Calentador: Situado en la fuente de calor del motor, transmite la energía calorífica
de la fuente de energía al fluido de trabajo.
Cilindro de expansión: Acoplado un pistón, convierte la energía generada por la
expansión delfluido de trabajo en energía mecánica al cigüeñal.
Cadena cinemática: Como en la mayoría de motores convencionales, convierten
el movimiento lineal de los pistones, en movimiento angular, generalmente a
través de un mecanismo de biela-manivela, mediante bielas unidas a un cigüeñal.

Existen motores que incluyen componentes modificados o combinaciones entre
algunos de ellos, pero respetan losmismos principios de funcionamiento.

1.1.

Ciclo termodinámico del motor Stirling

El ciclo termodinámico del motor Stirling no fue desarrollado hasta varios años
después de su invención, puesto que los dos primeros principios de la termodinámica
fueron publicados en Francia por Sadi Carnot en 1824. El motor Stirling ideal tiene ciertas
similitudes con el ciclo ideal de Carnot como secomentará más adelante.
El ciclo teórico Stirling en un diagrama presión-temperatura (P-V), está
comprendido por dos isocoras y dos isotermas. Puesto que la expansión isoterma 3-4 se
realiza a mayor temperatura que la compresión isoterma 1-2, se cede un trabajo neto.
Representado por el área comprendida entre los puntos 1-2-3-4.

Fig. 2 Diagrama P-V teórico (izquierda) y Diagrama T-S teórico(derecha)

En el diagrama temperatura-entropía (T-S) del mismo ciclo se aprecia que el fluido
de trabajo intercambia calor con el medio tanto en las isotermas como en las isocoras.
Además, se observa que el calor intercambiado en los proceso de volumen constante 23, y 4-1, el calor intercambiado es igual y de sentido contrario, (en la isocora 2-3 el fluido
absorbe calor y en la isocora 4-1 locede). El área asociada a este calor aparece señalada
en la Fig. 2 como “Transferencia de calor asociada al regenerador”, puesto que es éste

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PFC de Pablo Utrilla Noriega

dispositivo el encargado de almacenar el calor sobrante del proceso de expansión y
devolverlo al fluido en su proceso de calentamiento de vuelta al cilindro de expansión.
Si el regenerador fuese capaz de...