Diseño Mecánico

Ventajas y Desventajas de un Motor Stirling

30 enero, 2014

Ya hablamos en artículos anteriores sobre la inspiración y las características de un Motor Stirling, hoy abordaremos las ventajas y desventajas de este motor.

VENTAJAS

1.- A nivel alimentación:

Este motor continúa en investigación debido a la versatilidad de fuentes de energía utilizables para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor externa al cilindro, es posible usar una gran variedad de fuentes energéticas: energía solar térmica, todo tipo de combustibles, uso de la biomasa, energía geotérmica, etc.

2.- Por su rendimiento:

El motor Stirling es el único capaz de aproximarse al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, de hecho teóricamente lo alcanza, por lo que en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción.

3.- A nivel medioambiental:

Se puede usar un proceso de combustión continua, por lo cual se pueden reducir la mayor parte de las emisiones (NOx, hollines, hidrocarburos, …)

4.- Por su sencillez:

La mayoría de los motores Stirling tienen los mecanismos y juntas en el foco frío, y por tanto necesitan menos lubricación y duran más que otras maquinas alternativas. Además, los mecanismos son más sencillos que otras maquinas alternativas, no necesitando válvulas, el quemador puede simplificarse y en algunos casos, las bajas presiones, permiten usar cilindros ligeros.

5.- Por seguridad:

Una maquina Stirling usa un fluido de trabajo de una única fase, manteniendo las presiones internas cercanas a la presión de diseño y por tanto se reducen los riesgos de explosión. En comparación una máquina de vapor usa agua en estados líquido y vapor, por lo que un fallo en una válvula puede provocar una explosión peligrosa.

6.- Por su buena respuesta a las bajas temperaturas:

Arrancan con facilidad, si bien despacio y después de un calentamiento inicial. Funcionan mejor con temperaturas ambientales frías, en contraste con los de combustión interna, que arrancan con facilidad en temperatura templada pero con problemas en temperaturas frías.

7.- Por su versatilidad:

Se pueden construir para un funcionamiento silencioso y sin consumo de aire para propulsión de submarinos o en el espacio.

Se pueden usar para bombear agua, pudiendo diseñarse para utilizar el agua como refrigerante del foco frío, (a menor temperatura del agua mejor funcionamiento)

Son extremadamente flexibles pudiéndose utilizar para cogeneración en invierno y como refrigeración en verano.

DESVENTAJAS

1.- Elevado coste:

Los motores Stirling requieren intercambiadores de calor de entrada y salida, que contienen el fluido de trabajo a alta temperatura, y deben soportar los efectos corrosivos de la fuente de calor y la atmósfera. Esto supone el uso de materiales que encaren notablemente la máquina.

2.- Gran tamaño:

Si el motor trabaja con pequeños diferenciales térmicos son muy grandes, por culpa de los intercambiadores. Aumentar la diferencia de temperatura o la presión permite motores más pequeños.

La disipación de calor en el foco frío es complicada porque el refrigerante se mantiene a la temperatura más baja posible para aumentar la eficiencia térmica. Esto incrementa el tamaño de los radiadores, lo que dificulta los diseños compactos.

3.- Encendido lento:

Un motor Stirling no puede arrancar instantáneamente, primero tiene que calentarse.

4.- Tipo de respuesta:

Su mejor uso es en aplicaciones que requieran una velocidad constante. Para ajustar el funcionamiento de un motor Stirling se requiere un diseño cuidadoso y mecanismos adicionales. Esto generalmente se consigue con un desplazamiento del motor o la cantidad de fluido de trabajo. Esta característica es menos crítica en el caso de motores de propulsión híbrida eléctrica o en la producción de electricidad de base de carga, donde esa producción constante es deseable.

5.- Fluido a emplear:

El hidrógeno por su baja viscosidad, alto calor especifico y conductividad térmica es el fluido de trabajo por excelencia en términos de termodinámica y dinámica de fluidos; sin embargo, presenta problemas de confinamiento y difusión a través de los metales, además de ser inflamable.

Generalmente se usa helio, que tiene propiedades semejantes al hidrógeno y es más seguro, al ser inerte. Otra opción es usar aire comprimido. Éste presenta riesgo de explosión, por la presencia de oxígeno, por lo cual, la alternativa es eliminarlo por combustión o usar nitrógeno.


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  • Reply
    Rodolfo
    6 enero, 2015 at 4:33 am

    Un excelente proyecto para experimentar con Energía Renovable utilizando diversas fuentes de calor para conseguir su funcionamiento solo es necesario tener el prototipo del motor más eficiente de este tipo.
    Les agradecería que me pudieran colaborar con la mayor información posible a cerca del Motor Stirling como generador de energía.
    MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN.

  • Reply
    Ruben
    24 julio, 2015 at 6:25 pm

    No soy un experto en física ni quimica, pero que yo sepa, el aire comprimido, por mucho oxigeno que contenga, no tiene riesgo de explosión si no hay algún tipo de combustible presente y una fuente de ignición. Y el motor Stirling no usa ni combustible, ni bujías ni nada parecido. El hidrógeno si podría explotar, pero ¿el aire por si solo, por muy comprimido que este?

    • Reply
      Patricio
      15 mayo, 2016 at 10:10 pm

      Pero el motor stirling, utiliza una fuente de calor externa, la cual podria reaccionar al oxigeno ya que siempre la fuente externa es fuego.

  • Reply
    Eduardo Prats Dresaire
    23 agosto, 2015 at 6:20 pm

    Es muy interesante. En cuanto al sistema de alimentación como fluido me inclinaría por el nitrógeno; está presente en la atmósfera en más de 70 % y no hay riesgo de ningún tipo. En los hornos de soldadura por fusión se utiliza hidrógeno, pero al terminar el trabajo o cerrar el horno por avería, se cierra el hidrógeno y se inyecta nitrógeno para impedir la entrada de oxígeno y evitar explosiones.
    Pero las preguntas que necesito conocer son las siguientes: ¿Se puede conseguir un rendimiento industrial, por ejemplo 12 HP de un motor Stirling? ¿Sería muy voluminoso? En el caso de utilizar nitrógeno ¿se consumiría mucha cantidad trabajando 12 horas diarias con el motor de 12 HP? ¿ Qué velocidad de giro podría alcanzar?
    Disculpen tantas preguntas, es que es un asunto nuevo para mí y sin información no puede haber decisión.
    Un respetuoso saludo,
    Eduardo Prats.

    • Reply
      Galaxy
      19 agosto, 2016 at 5:42 am

      No requiere de alimentacion, es una camara sellada llena del gass que mejor aga la diferenciacion de caliente a frio
      Trabaja por diferencias de presiones
      Su unico combustible es el calor externo que se le aplique.

      Nota : si la camara no esta sellada no funciona .

  • Reply
    ricardo
    22 julio, 2016 at 4:26 pm

    mi motor stirling gama no me funciona porque puede ser

  • Reply
    Galaxy
    19 agosto, 2016 at 5:35 am

    Este motor no consume gas, ni aire, ni nada, lo que sea que pongan adentro de la camara debe de quedar sellado, sea aire, nitrogeno, idrogeno, elio, o lo que le pongas dentro. No debe salir al exterior. Si esto pasara existe el riesgo de entrar en contacto con la fuente de calor y si esta fuese de conbustion e ahí el riesgo de la explosión.

  • Reply
    Pedro
    9 septiembre, 2017 at 10:49 pm

    el oxigeno es comburente, no combustible, un motor diesel trabaja con calor y alta presion, pero solo se produce la explosion cuando se inyecta el combustible y entra en contacto con el oxigeno caliente y comprimido.

    La eficiencia de estos motores, para mi, no es tan alta como dicen, pues solo es teorico, pero por la chimenea se escapa mucho calor, eso no lo tienen en cuenta, solo tienen en cuenta el calor de la maquina por friccion, que es minimo comparado con un motor de combustion interna, que el calor no es producido solo por la friccion, sino por la combusition y esta ocurre dentro del motor.

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