El primer motor basado en el ciclo termodinámico Stirling fue inventado en el año de 1816 por el revendo escocés Robert Stirling. Este tipo de motor trabaja en un ciclo de expansión y posterior compresión de un gas de trabajo, que puede ser: aire, helio, hidrógeno, nitrógeno u otro.

El ciclo termodinámico se desarrolla entre dos procesos isotérmicos (temperatura constante): el primero de calentamiento a alta temperatura y el segundo de enfriamiento a baja temperatura; y entre dos procesos isocóricos (volumen constante): en el primero se almacena parte del calor del gas caliente en un elemento conocido como regnerador, en el segundo proceso isocórico se precalienta el gas frío con la energía almacenada en el regenerador. De esta forma, la característica destacada de este ciclo es el regenerador el cual es el encargado de almacenar momentáneamente el calor y luego devolverlo al sistema, reduciendo la cantidad de energía desechada. El regenerador es un elemento que puede ser: una malla de alambre, cerámica o cualquier tapón poroso que tenga una alta capacitancia térmica; es decir, alto valor de masa por calor específico; de esta manera se tiene una gran capacidad de absorver y entregar calor.

El ciclo termodinámico Stirling ideal está compuesto de los siguientes procesos, según la siguiente figura:

  • En el primer proceso se recibe calor a temperatura constante TH, logrando una expansión isotérmica del fluido de trabajo, la cual se presenta en los diagramas T-s y P-V por el cambio de estado del punto 1 al 2.
  • El segundo es el proceso de regeneración a volumen constante (de 2 a 3) en donde el fluido de trabajo transfiere internamente calor al regenerador.
  • En el tercer proceso se tiene una compresión a temperatura constante TL (de 3 a 4), donde existe un rechazo de calor a un sumidero externo.
  • El último proceso es la regeneración a volumen constante (de 4 a 1), donde se transfiere calor desde el regenerador al fluido de trabajo.

Para una comprensión más clara, se puede ilustrar los procesos del ciclo termodinámico mediante un sistema compuesto de un cilindro con dos émbolos a los lados y un regenerador en el medio como se observa en la siguiente figura.

Inicialmente el fluido de trabajo (gas) se encuentra en la cámara de la izquierda (zona caliente) que se encuentra a alta temperatura (TH). En el proceso 1 – 2 se recibe calor a temperatura TH y se consigue la expansión del gas, y el movimiento del émbolo de la izquierda hacia afuera. Durante el proceso 2 – 3 se mueve simultaneamente el émbolo izquierdo y derecho hacia la derecha, manteniendo constante el volumen y obligando al aire a pasar por el regenerador para enfriarse hasta la temperatura baja TL y a ubicarse en la zona de enfriamiento. En el proceso 3 – 4 se produce la entrega de calor al sumidero externo a baja temperatura TL obteniéndose como resultado una compresión del volumen de aire y el movimiento hacia adentro del émbolo de la derecha. Finalmente, en el proceso 4 – 1 se mueven los dos émbolos hacia la izquierda con la misma velocidad para mantener la temperatura constante y para obligar a pasar al aire a través del regenerador recuperando la energía antes almacenada e incrementando la temperatura del aire hasta TH.




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