STIRLING ENGINE

CBT CAPULHUAC
APARATO DE USO DIDÁCTICO
STIRLING ENGINE
ELABORADO POR:
CHRISTIAN EDUARDO SÁNCHEZ GONZÁLEZ
CRISTHOPER ÁVILA AGUIRRE
ALAN REYES REZA
TELÉFONO ESCOLAR:
017131313736
CORREO ELECTRÓNICO ESCOLAR
[email protected]
OBJETIVO GENERAL
Construir de forma experimental una máquina térmica mediante la utilización de
materiales de uso común y reciclados, para contribuir al análisis y comparación de los
parámetros en un ciclo ideal vs un ciclo real.
MÉTODO
El principio básico del funcionamiento del motor ideado por Stirling es calentar y enfriar
un medio de trabajo, ya sea aire, helio, hidrogeno e incluso alguna clase de líquido.
¿Cómo sucede?
Una caldera calienta el aire encerrado en un recipiente y mueve lentamente un pistón
con su presión. Al final de la expansión, el aire a un caliente es expulsado por la carrera
de retorno del pistón, mientras que el otro pistón, mueve el mismo cigüeñal, que se
encarga de introducir en el recipiente una nueva carga de aire fresco, con objeto de no
desperdiciar la cantidad de calor que sale a la atmósfera a baja presión.
DESARROLLO
Ciclo Stirling Teórico
El ciclo del motor Stirling está compuesto por dos evoluciones a volumen constante y
dos evoluciones isotérmicas, a una temperatura Tc y la segunda a Tf. El fluido de trabajo
se supone es un gas perfecto. En el ciclo teórico hay un aspecto importante que es la
existencia de un regenerador. Este tiene la propiedad de poder absorber y ceder calor
en las evoluciones a volumen constante del ciclo.
Si no existe un regenerador, el motor también funciona, pero su rendimiento es inferior.
(En 1) el cilindro frio esta a máximo volumen y el cilindro caliente esta a volumen
mínimo, pegado al regenerador, El regenerador se supone esta “cargado” de calor. El
fluido de trabajo esta a Tf a volumen máximo Vmáx y a p1.
Proceso 1 - 2 se extrae la cantidad Qf de calor del cilindro (por el lado frio). El proceso
se realiza a Tf constante. Por lo tanto al final (en 2) se estará a volumen mínimo, V
mín,
Tf y p2. El pistón de la zona caliente no se ha desplazado. En esta evolución es un
sistema absorbe trabajo.
Proceso 2 - 3 los dos pistones se desplazan en forma paralela. Esto hace que todo el
fluido atraviese el regenerador. Al ocurrir esto, el fluido absorbe la cantidad Q’ de calor
y eleva su temperatura de Tf a Tc. Por lo tanto al final (en 3) se estará a Tc, V
mín y
p3. El
regenerador queda “descargado”. En esta evolución el trabajo neto absorbido es cero.
Proceso 3 - 4 se puede tener una expansión isotérmica a la temperatura superior
haciendo bajar al pistón. En este proceso se le entrega calor externo Qc a la sustancia
de trabajo.
Proceso 4-1 moviendo el desplazador al estado inicial se obtendrá otro proceso
isométrico para la liberación de Q’’ finalizando así el ciclo termodinámico representado
por el proceso 1- 4.
RESULTADOS
Comparación de los diagramas PV en un ciclo ideal y un ciclo real.
Como podemos observar el área del ciclo real es inferior a la del teórico debido a la
disipación de energía en el sistema en estudio, tal y como se observa en la siguiente
imagen.
Características

Rendimiento: el motor Stirling tiene el potencial de alcanzar el rendimiento de
Carnot, lo cual le permite, teóricamente, alcanzar el límite máximo de
rendimiento.

Fuente de calor Externa: este motor intercambia el calor con el exterior, por lo
tanto es adaptable a una gran gama de fuentes de calor para su operación. Se
han construido motores Stirling que usan como fuentes de calor la energía
nuclear, energía solar, combustibles fósiles, calor de desechos de procesos, etc.
Al ser de combustión externa, el proceso de combustión se puede controlar muy
bien, por lo cual se reducen las emisiones.

Ciclo cerrado: el fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado y la fuente de calor
es externa. Esto hace que este motor sea, potencialmente, de muy bajo nivel de
emisiones.
Ventajas
Por el aporte de calor externo, las condiciones de combustión son flexibles.
Funciona con cualquier fuente de calor, no solo por combustión, por esto se pueden
utilizar fuentes de calor como solar, geotérmica, nucleares, etc.
La mayoría de los motores Stirling tienen los mecanismos y juntas en el foco frio y por
tanto necesitan menos lubricación y duran más que otras maquinas alternativas.
Desventajas
El motor Stirling requiere de intercambiadores de calor de entrada y salida, que tienen
que contener el fluido de trabajo a alta temperatura, así como soportar los efectos
corrosivos de la fuente de calor y la atmósfera.
No puede arrancar instantáneamente tiene que primero “calentarse”. Esto es para
todos los motores de combustión externa, pero menor que la máquina de vapor. Su
mejor uso es en motores que requieran una velocidad constante.