¿Cómo
funciona?
Es sabido que los gases se dilatan
considerablemente al calentarse y se contraen al enfriarse. Realizar dicho proceso de
forma repetida podría aprovecharse para mover un pistón con la diferencia de presiones.
En un motor Stirling un fluído gaseoso es obligado a expandirse y contraerse
repetidamente al aplicarle y retirarle calor. Los métodos para lograr este objetivo son
variados. El sistema más sencillo es el que propongo en el modelo de demostración que
fue la excusa principal para desarrollar este sitio.
¿Por qué estudiar este tipo de
máquinas?
A diferencia de los motores de
combustión interna (llamados de ciclo Otto) como el de nuestro automóvil, el Motor
Stirling es una máquina de combustión externa, esto significa que la fuente calorífica
es externa al lugar donde se desarrolla el trabajo motriz. En un motor de automóvil, la
combustión de la mezcla combustible-aire se produce dentro del cilindro de la máquina.
Uno no puede hacer funcionar este tipo de motores con cualquier combustible. Cualquier
modificación del combustible implica modificar el motor. Desde luego el motor de su auto
no puede funcionar con combustibles sólidos. En cambio en un motor de ciclo Stirling la
combustión se produce por fuera del motor. Como resultado el motor de aire caliente es
prácticamente independiente de las características del combustible.
Cualquier tipo de combustible
Para calentar el aire puede
utilizarse cualquier fuente: leña, carbón y residuos agrícolas pueden utilizarse sin
problemas. Combustibles líquidos como alcoholes y aceites también pueden usarse.
Naturalmente, el gas natural, el biogás y otros, son combustibles ideales para este
cometido.
Como el calor se produce externamente
al motor, la combustión para producir dicha elevación de temperatura puede ser
optimizada. El monóxido de carbono y los óxidos de nitrógeno, residuos típicos de los
actuales motores, no se producen en un motor Stirling. Naturalmente, un bajo nivel de
emisiones significa un gran beneficio ecológico.
Cualquier tipo de fuente de calor
Lo extraordinario es que casi
cualquier fuente calórica puede aprovecharse para hacer funcionar el motor. Calor solar,
energía geotérmica y calor residual de procesos industriales pueden utilizarse con
ventajas para generar energía mediante motores Stirling especialmente acondicionados.
Aún hay otras ventajas: como en la
operación del motor no se producen explosiones violentas, el funcionamiento de la
máquina puede ser muy silencioso.
Las desventajas
Con todas estas ventajas, la pregunta
obvia es: ¿Por qué no vemos Motores Stirling por todas partes?
En su aspecto motriz, quizás una de
las respuestas a esta pregunta sea el hecho de que el motor Stirling tiene una potencia
específica relativamente baja. Un motor Stirling debe ser mucho más voluminoso que un
motor de combustión interna para obtener de ambos la misma potencia. Un método para
aumentar la potencia puede ser utilizar gases distintos del aire, por ejemplo helio.
El helio tiene la característica de ser un elemento muy liviano y al contrario de la
mayoría de los gases es también un buen conductor del calor. Si el gas se encierra a
presión, puede aumentarse la potencia sin incrementar el tamaño de la máquina.
Obviamente un motor presurizado, tiene un costo de fabricación y de mantenimiento muy
superior al de un motor cuyo fluído de trabajo sea el aire atmosférico. Por otra parte,
la variación rápida de potencia es más difícil que en un motor tradicional. Otra
respuesta es que la competencia de las máquinas de ciclo Otto han ocultado las ventajas
de este tipo de motores.
Sin embargo, a medida que el horizonte de escasez de combustibles fósiles se ve
más cercano, el motor Stirling será una alternativa viable.
Un Stirling en la nevera
Hay otras aplicaciones del motor
Stirling que están ocultas a simple vista aunque a medida que se produzcan avances serán
mucho más visibles. Un caso interesante son las máquinas frigoríficas de ciclo
Stirling. Siendo el motor Stirling una máquina térmica de ciclo reversible, si se hace
girar el mecanismo en sentido contrario a través de una fuente externa de potencia puede
lograrse una bomba de calor de extraordinario rendimiento y sencillez. Entonces, en los
próximos años es posible que este nuevo sistema sea una seria competencia para los
sistemas actuales de refrigeración doméstica.
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