Pol Castañeda
Tecnologia Industrial
Motor Stirling
· Introducció:
El motor Stirling es va inventar l'any 1816 per Robert Stirling l'objectiu era tenir un motor menys perillós que la mà quina de vapor. Funciona a partir del treball realitzat per un gas a partir de la compressió i expansió de tal gas amb uns focus de calor de diferent temperatura (un fred i un altre calent)
·Procés:
El motor Stirling és una mà quina tèrmica que funciona a partir de la compressió i l’expansió d’un gas que circula en un espai tancat entre dues fonts tèrmiques a temperatures diferents. El cicle Stirling està format per quatre processos
-
Una font tèrmica calenta esclafa el gas de dintre del cilindre, això provoca un augment de la pressió del gas que a la vegada produeix un augment de volum.
-
El gas absorbeix una quantitat de calor x, això fa que augmenti la seva temperatura i la seva pressió, ja que és un procés isocor, on el volum es manté constant. Una compressió isotèrmica del gas a la temperatura baixa, durant aquest procés s’allibera una quantitat de calor a l’exterior de la font freda.
-
Hi ha una expansió isotèrmica del gas a temperatura baixa. En aquest cas, contrà riament a l’apartat a), es produeix una absorció de calor de la font calenta.
-
Tornem a trobar un procés isocor, que cedeix calor al regenerador, tot disminuint la seva temperatura inicial.
· Segon principi:
Relacionant els processos amb el segon principi de la termodinà mica el motor Stirling és el que més s'apropa al rendiment de Carnot.
· Comparació del seu cicle termodinà mic amb una instal·lació de vapor:
· Motor Stirling
-
Expansió isotèrmica de 1 a 2
-
Es perd temperatura en el procés isocor de 2 a 3
-
Compressió isotèrmica de 3 a 4
-
Finalment es guanya temperatura amb un procés isocor de 4 a 1
· Mà quina de vapor
-
Expansió isotèrmica del gas de 1 a 2
-
Expansió adiabà tica de 2 a 3
-
Compressió isotèrmica de 3 a 4
-
Finalment es produeix una compressó adiabà tica de 4 a 1
· Conclusió
La diferència principal és que en el motor Stirling es produeix dos processos isocors de 2 a 3 i de 4 a 1, en canvi en les mà quines tèrmiques es canvia per un produèix una expansió i compressió adiabà tica de 2 a 3 i de 4 a 1 respectivament.
AVANTATGES
-
El motor Stirling és l'únic capaç de aproximar-se al rendiment mà xim teòric conegut com a rendiment de Carnot.
-
Es pot usar un procés de combustió contÃnua, per tant poden reduir la major part de les emissions (NOx, sutge, hidrocarburs, ...)
-
La majoria dels motors Stirling tenen els mecanismes i juntes en el focus fred, i per tant necessiten menys lubricació i duren més que altres mà quines alternatives. AAl no necessitar và lvules, el cremador pot simplificar-se i en alguns casos, les baixes pressions, permeten utilitzar cilindres lleugers.
-
Una mà quina Stirling fa servir un fluid de treball en un mateix estat, mantenint les pressions internes i per tant es redueixen els riscos d'explosió. En comparació una mà quina de vapor fa servir aigua en estats lÃquid i vapor, de manera que una fallada en una và lvula pot provocar una explosió perillosa.
-
Arrenquen amb facilitat, tot i que necessiten d'un escalfament inicial. Funcionen millor amb temperatures ambientals fredes.
DESAVANTATGES
-
Els motors Stirling requereixen intercanviadors de calor d'entrada i sortida, que contenen el fluid de treball a alta temperatura, i han de suportar els efectes corrosius de la font de calor i l'atmosfera. Això suposa l'ús de materials que encarin notablement la mà quina.
-
Si el motor treballa amb petits diferencials tèrmics les mà quines són molt grans, per culpa dels intercanviadors. Augmentar la diferència de temperatura o la pressió permet motors més petits.
-
La dissipació de calor en el focus fred és complicada perquè el refrigerant es manté a la temperatura més baixa possible per augmentar l'eficiència tèrmica. Això incrementa la mida dels radiadors, cosa que dificulta els dissenys compactes.
-
Un motor Stirling no pot arrencar instantà niament, primer ha d'escalfar-se.
· Actualitat:
-
Utilització d'aquests motors en centrals elèctriques
-
En submarins.
-
Es poden fer servir per bombar aigua, poden ser dissenyats per utilitzar l'aigua com a refrigerant del focus fred, (a menor temperatura de l'aigua millor funcionament)
-
Refredadores: una de les caracterÃstiques del motor Stirling és que és un enginy reversible, és a dir, pot ser usat com a motor aplicant-li calor de manera que genera moviment, o pot ser usat com a mà quina, aconseguint produir fred i calor quan se li aplica moviment mecà nic mitjançant un motor exterior. Dissenyant l'artefacte Stirling de la manera correcta, es poden arribar a assolir els 10º K. - és a dir, -263º C - i s'usen en aparells d'alta tecnologia.
