Robtica El motor Stirling

En el funcionamiento de una olla exprs observamos claramente que un gas caliente ocupa mucho mayor volumen que fri. Igualmente hemos comprobado que muchos botes medio llenar cerrados y metidos en la nevera, resultan despus difciles de abrir porque se ha hecho un vaco que pega la tapa a la boca del bote.Pues bien, esta propiedad de los gases de cambiar el de volumen con la temperatura, es la que se aprovecha en elMotor Stirling,una alternativa a la mquina de vapor que fue inventado en1816porRobert Stirling.Este tipo de motores es muy adecuado para construirlos de forma casera por dos caractersticas, no precisa de muchas piezas, ni tiene que ser de alta precisin y funciona con muy moderada temperatura y presin, lo que resultan poco peligrosos.A pesar de su sencillez, superan en rendimiento a la mquina de vapor o el motor de combustin interna, pues a diferencia de estos motores, elmotor Stirlingpermite extraer el mximo terico de energa de los cambios trmicos, aunque por supuesto nuestros modestos motores, van a estar muy lejos de este ptimo.Adicionalmente tiene la ventaja, igual que la mquina de vapor, que su funcionamiento es independiente del combustible que utilicemos como fuente de calor, por lo que es muy adecuado para el aprovechamiento de energas alternativas como, la energa solar, biomasa, aceites etc.Su mayor inconveniente radica, que a igualdad de tamao, produce menos energa que los otros tipo de motores ms derrochadores y que su rgimen de funcionamiento es ms lento, por lo que resulta inadecuado para, por ejemplo, equipar automviles.Hoy, con la creciente preocupacin medioambiental y de escasez de recursos han vuelto a hacer interesante por este equipo de alto rendimiento energtico, lo que ha rescatado este viejo artilugio del olvido y lo ha transformado en candidato para muchos usos novedosos, e incluso se piensa en enviarlo al espacio, donde podra aprovechar la gran diferencia de temperaturas que hay entre un lado iluminado y uno en sombra de un satlite.Ciclo de OttoExpliquemos someramente el ciclo de Otto en el que se estudia el funcionamiento de los motores y que es bsico para comprender el cambio de energa de calorfica en mecnica. En este grfico las curvas indican el volumen que ocupan en funcin de la presin, (a ms presin menos volumen), una cantidad fija de gas a un temperatura dadaEl ciclo de Carnot es el siguiente1. Expandimosdel volumen inicial V1 al final V2, una masa de gas caliente a temperatura constante T1, diminuyendo su presin. En el grfico pasamos del punto 1 al 2 por la curva de temperatura constante T12. Enfriamos, (robamos energa), el gas desde la temperatura T1 a la inferior T2 a volumen constante, En el grfico pasamos del punto 2 al 3 por la lnea vertical que corresponde al volumen expandido.3. Comprimimosel gas enfriado a la temperatura T2 del volumen V2 al volumen V1 aumentando la presin. En el grfico pasamos del punto 3 al 4 siguiendo la curva T2.4. Calentamos, (cedemos energa), la temperatura del volumen V1 de gas a la temperatura T1 volviendo a la situacin inicial. En el grafico pasamos del punto 4 al 1 por la vertical V1 cerrando el cicloComo se ve en el grfico ladistancia de entre los puntos 4 y 1 es ms grande que la distancia entre 2 y 3por tanto la energa robada es menor que la cedida, y como la energa ni se cede ni se destruye ello indica que hay un exceso de energa que se ha transformado en energa mecnica que habr empujado al pistn que utilizbamos para cambiar el volumen de la cmara.Se demuestra que esta energa es mayor cuanto ms grande sea el rea que cubran estos cuatro puntos por tanto para hacer mayor esta rea podemos o bien aumentar la diferencia entreT2 y T1o ampliar la diferencia de volumen (V2-V1), por eso un notor de coche mejora su rendimiento cuando funciona a mayor presin que comprima mas los gases, lo que obliga a utilizar gasolinas que la soporten como son las de mayor octanaje, o cundo tiene cilindros ms grandes.Por otra parte elciclo de Carnot es reversible,si trabaja en el sentido indicado generan energa mecnica a partir consumir de energa trmica y trabajando en sentido contrario, trasforman la energa mecnica en una bomba de calor. como en las neveras y los equipos de aire acondicionado.En la realidad este esquema es muy difcil de llevar a la prctica, pues es difcil encontrar dispositivo mecnicos que ajusten los volmenes y temperaturas a este cl ciclo, con lo que en la realidad el grfico que obtendremos tendr una especto ms o menos como se indica a continuacin.

La diferencia de entre el rea de grfica terica y real da le coeficiente de rendimiento de un motor en concreto los motores que expulsan los gases calientes a la atmsfera como el de vapor o el de combustin interna, se alejan mucho de la grfica ideal, los que manejan el gas en un circuito cerrado, como el gas de refrigeracin de una nevera, se pueden aproximar ms al rendimiento ptimo. Como veremos el motor Stirling es de este ltimo tipoEl motor StirlingBien acabada la parte terica iniciemos la prctica. Imaginemos una lata de conservas abierta por un extremo y tapado ese extremo por un globo de caucho. (fig 1) Si calentamos el fondo de la lata con una vela, el aire se dilatar y inflar el globo. (fig 2). Por el contrario si ponemos unas aletas disipadoras del calor en la parte superior y la metemos en la nevera el globo ser absorbido hacia adentro. (Fig 3)

Vamos a introducir dentro de la lata un pistn, que vamos a llamarpistn desplazador, (fig 4) porque si funcin no es comprimir el gas sino desplazarlo dentro de la lata ocupando l la parte ms caliente o ms fra de modo el aire vaya hacia arriba (parte fra) o hacia abajo (parte caliente). El pistn ha de ser de un dimetro algo inferior al de la lata, para que el gas se mueva con facilidad de un lado al otro,Ahora calentamos la parte de abajo y refrigeramos la de arriba, cuando el pistn se mueve hacia arriba, la goma se expande porque el gas est en la zona caliente.y se dilata (fig 5) Si el pistn se mueve hacia abajo, la goma se absorbe porque el aire se enfra (fig 6).

Para poder desplazar a voluntad el pistn le vamos a poner una biela, unida a un cigeal que atravesara el caucho por lo que tendremos que poner unas arandelas que permitan atravesarle sin que se desgarre y que por su parte recibirn el empuje del has ayudando a subir y bajar el caucho junto al pistn. Tan solo nos falta aadir un volante al sistema para que el giro se mantenga uniforme.Ahora pasemos a c ver una serie de motores Stirlig caseros que circulan por Internet.