Autores: Borgo, Canaglia, Dal Molin Gil,
Zilloni.
Ciclo Stirling
El ciclo Stirling es un ciclo termodinámico del motor Stirling que busca
obtener el máximo rendimiento. Por ello, es semejante al ciclo de Sadi Carnot.
El motor Stirling original fue inventado, desarrollado y patentado en 1816 por
el clérigo e inventor escocés Robert Stirling (1790-1878) con la ayuda de un
hermano ingeniero.1
A diferencia de la máquina de Carnot, esta máquina está constituida por
dos isotermas, dos isócoras y un sistema de regeneración entre las isocoras.
Cabe recordar que la máquina de Carnot ideal logra la mayor eficiencia asociada
a los dos focos térmicos de los que normalmente consta una máquina.
Existe también una máquina similar según el ciclo Ericsson, la cual
consta de dos isotermas y dos isobaras. También consta de un sistema de
regeneración entre las isobaras como en el ciclo Stirling.
Ciclo Stirling ideal
El ciclo Stirling ideal consiste de cuatro procesos termodinámicos
que actúan sobre el fluido de trabajo:
- 1-2. Compresión isotérmica del gas a la temperatura inferior. Durante este proceso se cede al exterior una cantidad de calor a la fuente fría.
- 2-3. Absorción de calor a volumen constante (isocórico o isócoro). El gas absorbe del regenerador una cantidad de calor y aumenta su temperatura, lo que provoca un aumento de presión.
- 3-4. Expansión isoterma del gas a alta temperatura. Durante este proceso se absorbe calor de la fuente caliente.
- 4-1. Cesión de una cantidad de calor al regenerador a volumen constante, disminuyendo la temperatura del fluido.
Gráfico que muestra el ciclo Stirling ideal con sus
cuatro procesos.
Motor
stirling
Un motor Stirling es un motor térmico operando por compresión y expansión cíclica de aire u otro gas, el
llamado fluido de trabajo, a diferentes niveles de temperatura tales que se
produce una conversión neta de energía calorífica a
energía mecánica. O más específicamente, un motor térmico de ciclo cerrado
regenerativo con un fluido gaseoso permanente, donde el ciclo cerrado
es definido como un sistema termodinámico en el cual el fluido está
permanentemente contenido en el sistema, y regenerativo describe el uso
de un tipo específico de intercambio de calor y almacenamiento térmico,
conocido como el regenerador. Esta inclusión de un regenerador es
lo que diferencia a los motores Stirling de otros motores de ciclo cerrado.
El motor Stirling fue inventado
en 1816 por el reverendo escocés Robert Stirling quien lo concibió como un primer motor diseñado para rivalizar con el motor de vapor, en la práctica su uso se redujo
a aplicaciones domésticas por casi un siglo. Los motores Stirling tienen una
alta eficiencia, si se los compara con los motores de vapor, y gran facilidad
para ser aplicados a cualquier fuente de calor. Estas ventajas están haciendo
que vuelva a tener interés este tipo de motores, y su aplicación en sistemas
captadores de energías renovables.
El motor Stirling es el único
capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico
conocido 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 solo se alcanza a
velocidades bajas. El ciclo teórico de Carnot es inalcanzable en la práctica, y
el ciclo Stirling real tendría un rendimiento intrínsecamente inferior al Ciclo de Carnot, 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 mínimas emisiones de gases
contaminantes, y la posibilidad de aceptar fuentes de calor sin combustión.
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