El motor Stirling és un tipus de motor tèrmic. El seu funcionament es basa en l'expansió i contracció d'un gas. A aquest gas se l'obliga a desplaçar-se cíclicament d'un focus fred on es contreu a una zona calenta on s'expandeix.
El motor Stirling va ser inventat en 1816 per Robert Stirling. L'objectiu era aconseguir un motor menys perillós que la màquina de vapor.
Originàriament, el motor Stirling es va concebre com un motor principal industrial per competir amb la màquina de vapor. A la pràctica, durant més d'un segle només es va usar per a aplicacions domèstiques i per a motors de baixa potència.
Actualment, encara s'investiga el desenvolupament. El fet que només necessiti una font de calor externa li dóna una gran versatilitat ja que aquest fet li dóna la possibilitat de poder utilitzar moltes fonts d'energia per al seu funcionament.
Com funciona un motor Stirling?
El motor Stirling en un cicle regeneratiu termodinàmicament "tancat", amb compressió cíclica i expansió cíclica el fluid de treball a diferents nivells de temperatura.
A l'igual que la màquina de vapor, el motor Stirling es classifica tradicionalment com un motor de combustió externa. Totes les transferències de calor amb el gas de treball es fan a través de la paret del otor. En canvi, en un motor de combustió interna l'entrada de calor es fa per la combustió d'una combustible dins el cos del fluid de treball.
A diferència d'un motor de vapor el motor Stirling tanca una quantitat fixa de fluid en estat permanentment gasós com és l'aire. En canvi, en el motor de vapor el fluid de treball pateix un canvi de fase de líquid a gas.
La variació de pressió es produeix en el cilindre del esplaçador. El desplaçador està a la zona freda. La calor subministrat en aquest punt gira el volant i el cigonyal. Amb això, es converteix l'energia tèrmica en energia mecànica.
El desplaçador facilita el desplaçament de gas cap a les zones desitjades de forma cíclica. Normalment, el piston i el desplaçador estan dirigits per l'acoblament mecànic en un cigonyal. Aquests elements estan muntats amb un desfasament de 90 graus. Aquest desfasament és obligatori per a un correcte funcionament sigui correcte. Altrament, es reduiria l'eficàcia ..
L'eficiència del rocés queda molt restringida per l'eficiència del icle de Carnot. Segons el cicle de Carnot, l'eficiència depèn de la diferència de temperatura entre el dipòsit calent i el fred.
Caracterísiticas del motor Stirling
El motor Stirling se caracteriza por:
-
La seva alta eficiència en comparació amb les màquines de vapor
-
funcionament silenciós
-
Facilitat amb que es pot utilitzar gairebé qualsevol font de calor.
Aquesta compatibilitat amb les fonts d'energia renovables i alternatives ha estat cada vegada més important a mesura que pujava el cost dels combustibles convencionals.
Cicle de remolí
El ciclo ideal de Stirling consiste en procesos:
-
1-2 expansió isotèrmica del fluid de treball amb el subministrament de calor des del escalfador. Expansió a temperatura constant.
-
2-3 eliminació de calor isocrórico del fluid de treball a l'regenerador. Procés a volum constant.
-
3-4 compressió isotèrmica del fluid de treball amb eliminació de calor a la nevera.
-
4-1 escalfament isocrórico del fluid de treball amb el subministrament de calor des del regenerador. Procés a volum constant. En aquest punt és on el gas està a menor temperatura.
Aplicacions de motors Stirling
Els motors Striling tenen múltiples aplicacions en diferents camps com ara:
-
Sortida mecáncia i propulsió. Aquest tipus de motors s'han utilitzat en la indústria de l'automòbil i en la propulsió marina, entre d'altres exemples. En comparació amb els motors tèrmics es poden obtenir bons rendiments.
-
Generació d'electricitat. En aquest cas, hi ha aplicacions vinculades amb l'energia nuclear i l'energia solar tèrmica. En tots dos casos es tracta d'utilitzar aquests recursos com a font de calor per accionar una turbina de vapor.
-
Bomba de calor. Gràcies a l'intercanviador de calor d'aquests sistemes i, a el fet que són reversibles, es poden utilitzar per proporcionar calor o refrigerar.