¿Cuáles son las partes principales de un motor Stirling?

Hay bastantes diseños diferentes de motores Stirling, y consideraremos un tipo particular conocido como motor Stirling de desplazamiento (también conocido como motor Stirling beta). Estas son las partes clave:

Fuente de calor

La fuente de calor es de donde el motor obtiene toda su energía y podría ser cualquier cosa, desde un fuego de carbón hasta un espejo solar que concentra el calor del Sol (como en nuestra foto superior). Aunque se describen como motores de combustión externa, los motores Stirling no tienen que usar combustión (quema real de combustible) en absoluto: simplemente necesitan una diferencia de temperatura entre la fuente de calor (de donde proviene la energía) y el disipador de calor (donde termina).

Se puede conducir un pequeño motor Stirling con el calor de una taza de café, la palma caliente de la mano de alguien, o incluso (para asombro de mucha gente) con un cubo de hielo: la energía que el motor emite proviene de cualquier diferencia de temperatura entre la fuente de calor y el disipador de calor. Dicho esto, vale la pena recordar que no hay mucho trabajo que se pueda hacer con un pequeño motor Stirling accionado por algo así como una taza de café, simplemente porque sólo contiene una cantidad relativamente pequeña de energía, que se consume muy rápidamente.

Las partes principales de un motor Stirling de desplazador.

Gas

Hay un volumen de gas permanentemente sellado dentro de la máquina en un cilindro cerrado. Puede ser aire común, hidrógeno, helio o alguna otra sustancia fácilmente disponible que permanece como gas mientras se calienta y se enfría a través del ciclo completo del motor (la serie repetida de operaciones por las que pasa). Su único propósito es mover la energía calorífica de la fuente de calor al disipador de calor, accionando el pistón que acciona la máquina, y luego volver a recoger algo más. El gas que mueve el calor a veces se llama el fluido de trabajo.

Disipador de calor

El lugar donde se enfría el gas caliente antes de ser devuelto a la fuente de calor. Esto es típicamente algún tipo de radiador (una pieza de metal con aletas), que expulsa el calor residual a la atmósfera.

Pistones

Hay varios tipos diferentes de motores Stirling, pero creo que todos ellos tienen dos pistones - esa es una de las cosas más obvias que los diferencia de otros motores. En un diseño común llamado motor Stirling de dos pistones (o alfa), hay dos pistones y cilindros idénticos y el gas va y viene entre ellos, calentando y expandiendo, luego enfriando y comprimiendo, antes de que el ciclo se repita.

En un diseño diferente, mostrado aquí, llamado motor Stirling de desplazamiento (o beta), hay un pistón completamente interno llamado desplazador (de color verde) cuyo trabajo es mover el gas entre la fuente de calor y el disipador de calor. A diferencia de un pistón normal en una máquina de vapor, el desplazador se ajusta muy suelto (con un poco de espacio libre entre el borde del pistón y la pared del cilindro) y el gas fluye alrededor del exterior del mismo a medida que se mueve hacia adelante y hacia atrás. También hay un pistón de trabajo (de color azul oscuro), que encaja perfectamente en el cilindro, y convierte la expansión del gas en un trabajo útil que impulsa cualquier cosa que el motor esté impulsando. En los motores Stirling más grandes, el pistón de trabajo suele tener un volante de inercia muy pesado para aumentar el impulso y mantener la máquina funcionando sin problemas. El pistón de trabajo y el pistón desplazador se mueven constantemente, pero están fuera de lugar (un cuarto de ciclo o 90° de fase) entre sí; son accionados por la misma rueda, pero el pistón desplazador está siempre un cuarto de ciclo (90°) por delante del pistón de trabajo.

Intercambiador de calor

También conocido como el regenerador, el intercambiador de calor se encuentra en la cámara cerrada entre la fuente de calor y el disipador de calor. A medida que el gas caliente pasa por el regenerador, éste cede parte de su calor, el cual es retenido por el regenerador. Cuando el gas retrocede, recoge este calor de nuevo. Sin el regenerador, este calor se perdería en la atmósfera y se desperdiciaría. El intercambiador de calor mejora enormemente la eficiencia y la potencia del motor. Algunos motores Stirling tienen múltiples intercambiadores de calor.

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