Principio Stirling

Historia / Funcionamiento /Aplicaciones modernas

En 1816 el reverendo Escocés Robert Stirling patentó un motor que funcionaba con aire caliente.

La patente de este motor era el glamuroso final de una serie de intentos de simplificar las máquinas a vapor.
Stirling consideraba demasiado complicado calentar agua en una caldera, producir vapor, expansionarlo en un motor, condensarlo y mediante una bomba introducir de nuevo el agua en la caldera. Otro impulso para desarollar un nuevo sistema fueron los accidentes fatales causados frecuentemente por las máquinas a vapor, ya que aún no se había inventado el acero y las calderas explotaban con facilidad.

El motor de Stirling realizaba los mismos procesos de calentamiento y enfriamiento de un gas, pero todo dentro del motor y el gas era aire en vez de vapor de agua, por lo que el motor no necesitaba caldera. Un tipo de motor bastante común en su época, sobre todo para pequeñas maquinas de uso domestico tales como ventiladores, bombas de agua etc.., su potencia especifica no era muy elevada pero su sencillez y silencio eran magníficos.
La teoría física, el proceso Carnot, fue definido 40 años mas tarde!

El principio del funcionamiento es tan solo el calentar y enfriar un medio de trabajo, sea aire, helio, hidrógeno o incluso un líquido.
Calentando ese medio provoca una expansión del mismo dentro del motor. El medio de desplaza a otra parte del motor dónde es enfriado.
Al enfriar el medio, el volumen se reduce de nuevo.
Ese cambio de volúmenes activa un pistón de trabajo el cual ejerce el trabajo del motor.

El motor es hermético por lo que siempre se utiliza el mismo medio en un circuito cerrado (no hay escape del medio de trabajo)

Inicialmente muy común, esa tecnología murió con el invento de los motores Otto y Diesel, hasta renacer al inicio del ciclo 20 impulsado por la compañía Philips en Holanda.
La segunda guerra mundial puso fin a una serie de nuevos desarollos y solo hace 25 años volvieron a iniciar nuevas iniciativas y desarollos. Hoy en día se utiliza motores Stirling para generar calor, para impulsar submarinos y proximamente como motores en automóbiles híbridos.

Las grandes ventajas del motor Stirling son:

Combustión externa (se puede quemar cualquier combustible para calentar el motor)
No hay explosión por lo que el motor es extremamente silencioso y libre de vibraciones
Se genera a la vez energía eléctrica, mecánica y térmica (cogeneración)

Existen diseños de motores LTD (de baja temperatura) los cuales no requieren un concentrador solar pero con mucho menor rendimiento. Los motores potentes trabajan con temperaturas de 600ºC a 900ºC.

Hoy en día el motor está ya muy maduro en su diseño (tiempo de vida aprox. 100.000 horas) existen aún pocas aplicaciones comerciales y muchos proyectos de investigación.

Aquí unas fotos de aplicaciones solares actuales:

Agregado SOLO (Alemania), aprox. 10kWel (Stirling comercial, aplicación solar experimental)

Agregado Sunmachine, Alemania, 2.5kWel (nivel preserie)

Bomba de agua, aprox. 50W, Stirling de baja temperatura (LTD), comercial

Agregado EPAS, 400Wel, para mayor información buscar en la sección "EPAS S400C"