Mecanica Automotriz

Termodinámica
MOTOR STIRLING

29/11/2012

MOTOR STIRLING

Introducción
Ahora éste tipo de motores térmicos atraviesan su fase de Renacimiento y se llaman Motores de Stirling. Pero su nacimiento, como el producto de evolución industrial, hay que buscar en las épocas relativamente lejanas. Entre la aparición de máquina de vapor y su pleno esplendor y su sustitución por el motor de Otto, ode gasolina, como lo llaman y, posterior Diesel. Hablamos de motores de pistón.
El Motor Stirling fue inventado 1816 por Robert Stirling, reverendo de origen escocés. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la máquina de vapor.
El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas (normalmente helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire) alser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de calentamiento en un foco caliente, con lo cual se expande se trata de un motor térmico.
Este motor, de gran antigüedad, continúa en investigación gracias a la versatilidad de fuentes de energía utilizables para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor externa al cilindro, esposible usar una gran variedad de fuentes energéticas (energía solar térmica, todo tipo de combustibles, uso de la biomasa, energía geotérmica, etcétera).
Hoy existe una variedad de artefactos que utilizan este principio, incluso algunos con base acústica.
Descripción del funcionamiento
El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teóricoconocido 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 Stirling es inalcanzable en la práctica, y el cicloStirling real tendría un rendimiento intrínsecamente inferior al del ciclo Otto, 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 mínimasemisiones de gases contaminantes, y la posibilidad de aceptar fuentes de calor sin combustión.
El funcionamiento del motor Stirling se basa en el aprovechamiento de los cambios volumétricos del fluido de trabajo como resultado de los cambios de temperatura que éste sufre. Estos cambios volumétricos se deben al desplazamiento del fluido de trabajo entre la zona caliente y la zona fría en uncilindro cerrado.
Rendimiento del ciclo
La definición de rendimiento para una máquina térmica es:

El trabajo neto será el debido a la expansión y compresión isotérmicas, puesto que durante los procesos isocóricos no se realiza trabajo. Para un gas ideal se calcula como

El rendimiento total de la máquina resulta
.

Características
Rendimiento: como veremos, el motor Stirling tiene el potencialde alcanzar el rendimiento de Carnot, lo cual le permite, teóricamente, alcanzar el límite máximo de rendimiento.
Fuente de Calor Externa: este motor intercambia el calor con el exterior, por lo tanto es adaptable a una gran gama de fuentes de calor para su operación. Se han construido motores Stirling que usan como fuente de calor la energía nuclear, energía solar, combustibles fósiles, calorde desecho de procesos, etc. Al ser de combustión externa, el  proceso de combustión se puede controlar muy bien, por lo cual se reducen las emisiones.
Ciclo cerrado: el fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado y la fuente de calor es externa. Esto hace que este motor sea, potencialmente, de muy bajo nivel de emisiones.
Ciclo Stirling teórico

El ciclo es reversible lo que significa que si...