El Motor Stirling



Fundamentos
La termodinámica es la ciencia general de la energía. Estudia las diversas manifestaciones de la energía y la transformación de un tipo de energía en otro. La termodinámica es una de las áreas básicas de la física, dado que prácticamente no existe un proceso físico sin transformación de energía. En el proceso Stirling observamos cambios de energía en un medio gaseoso. El contenidoenergético de un gas está determinado por las magnitudes físicas mesurables de volumen V, presión p y temperatura T. Para no tener que limitarse al concepto de energía, también puede observarse el estado de un gas determinado por las magnitudes de estado p, V y T. En el caso del gas ideal, éstas se relacionan mediante la ecuación de estado
pV = nRT (1)
En que n corresponde al número de moles delgas en el volumen V y R = 8,314J/(mol K), la constante de los gases.
Si el gas se encuentra en un cilindro que en un lado está cerrado por un pistón (émbolo) móvil (ilustración 1), la magnitud del volumen V está determinada por la posición del pistón. Un dispositivo que convierte el movimiento del pistón con un cambio periódico del volumen del gas mediante una excéntrica en movimiento rotatorio,se denomina máquina de pistón. En ello, los cambios de volumen pueden originarse por diversos procesos físicos (por ejemplo, combustión, aporte de vapor o calor, accionamiento mecánico del volante).
Durante un ciclo, el gas en el cilindro experimenta diferentes cambios de estado y vuelve al estado inicial. Este proceso se denomina ciclo.Uno de los objetivos del experimento de práctica es comprender, en el manejo con la máquina Stirling, los conceptos de sistema termodinámico, cambio de estado y ciclo. En ello, la máquina se opera como máquina térmica motriz (motor de aire caliente), máquina de refrigeración y bomba de calor.

Introducción
El fenómeno físico de la expansión del aire caliente fue ya utilizado en tiempos de losegipcios 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 de nuestro estudio es un tipo de motor térmico y como tal, genera trabajo mecánico a partir de la diferencia de temperaturas entredos focos. La actual preocupación medioambiental y la cada vez más acuciante escasez de recursos energéticos de carácter fósil ha hecho que se haya rescatado del olvido este genial artilugio como una de las posibles soluciones a tales problemas, dado su excepcional rendimiento.

Historia
Robert Stirling fue un clérigo Escocés que, heredando el interés de su padre por la ingeniería, diseñó en 1816un motor térmico que funcionaba sin peligro de las explosiones y quemaduras que tenía 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 fuerza motriz partiendo del calor que fluye entre dos focos a distinta temperatura.
Si bien en potencia no podía competir con la, famosa porentonces, 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 la expansión y la compresión del aire.



Aplicaciones energéticas
No obstante el verdadero futuro de aplicación del motor de Stirling está enaprovechar su característica más notable: su rendimiento. Por ello precisamente, este tipo de máquina térmica es un magnífico conversor de unos tipos de energía en otros, en particular resulta muy eficiente para transformar la energía radiante solar en energía eléctrica usando un alternador o dinamo como elemento intermedio: Si disponemos de una superficie que colecte los rayos solares en forma...