Motores de combustion externa

LA MÁQUINA OLVIDADA RESCATADA PARA EL FUTURO
EL MOTOR STIRLING
Nota preliminar del tutor del proyecto: El presente dossier pretende ser un trabajo no sólo de investigación teórica sino también de experimentación práctica. Ha sido llevado a cabo por un grupo de cuatro alumnos de 1º de bachillerato durante un período de tres meses en el taller de tecnología y el laboratorio de física delinstituto.
El objetivo final ha sido el diseño, la construcción y el análisis experimental de una máquina térmica prácticamente olvidada desde principios del siglo XX y que en los últimos años ha resucitado como una de las posibles soluciones a los problemas energéticos mundiales.
Dado el excepcional rendimiento del motor de aire caliente que ideó Robert Stirling, sus aplicaciones al mundo espacialson estudiadas por universidades y agencias como la NASA o la ESA como alternativa factible para solucionar el problema de abastecimiento energético en satélites y asentamientos humanos fuera de nuestro planeta.
Una forma de producir energía de manera sencilla, barata, sin apenas mantenimiento técnico y con un magnífico poder para transformar la energía.
El proyecto se completa con el diseño deuna página web donde se ha incluido toda la información de este dossier además de un vídeo con el proceso de construcción de nuestro motor Stirling experimental, invitamos pues a los evaluadores de este trabajo a visitar nuestra web: www.proyectostirling2010.tk Raúl Baños
1. Introducción.
El fenómeno físico de la expansión del aire caliente fue ya utilizado en tiempos de los egipcios paradesarrollar 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 entre dos focos.
Laactual 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.
2. Historia.
Robert Stirling fue un clérigo Escocés que, heredando el interés de su padre por la ingeniería, diseñó en 1816 un motortérmico que funcionaba sin peligro de las explosiones y quemaduras que tenia la maquina 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 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 la expansión y la compresión del aire.
3. Principios de funcionamiento.
El principio básico del funcionamiento del motor ideado por Stirling escalentar 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 motortrabajará siempre con el mismo medio de trabajo, por lo que el motor debe ser hermético.
En nuestro diseño, aplicamos calor en la parte inferior, y frío en la parte superior a un recipiente hermético que contiene el medio de trabajo (aire), y un pistón desplazador, para mover el aire de una zona del recipiente a otra. Al aplicar calor a la base del recipiente, y con el pistón desplazador en la parte...