Motor StirlingMotor Stirling

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HistoriaHistoria El El Motor StirlingMotor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling,  fue inventado en 1816 por Robert Stirling,

reverendo de origen escoces. El objetivo era tener reverendo de origen escoces. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la maquina de vapor.un motor menos peligroso que la maquina de vapor.

El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un expansión y contracción de un gas (normalmente helio, hidrogeno, nitrogeno o simplemente aire) gas (normalmente helio, hidrogeno, nitrogeno o simplemente aire) al ser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, al ser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de calentamiento en un foco caliente, con con lo cual se contrae, y de calentamiento en un foco caliente, con lo cual se expande. Es decir, es necesaria la presencia de una lo cual se expande. Es decir, es necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas entre dos focos y se trata de un motor diferencia de temperaturas entre dos focos y se trata de un motor termico.termico.

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

Hoy existe una variedad de artefactos que utilizan este principio, Hoy existe una variedad de artefactos que utilizan este principio, incluso algunos con base acústica.incluso algunos con base acústica.

En España, en la Plataforma solar de En España, en la Plataforma solar de Almeria, se han construido equipos Almeria, se han construido equipos (conocidos como Distal y EuroDISH) (conocidos como Distal y EuroDISH) formados por grandes discos parabólicos formados por grandes discos parabólicos que reflejan y concentran la luz solar hacia que reflejan y concentran la luz solar hacia un motor Stirling, el cual produce energía un motor Stirling, el cual produce energía mecánica que mediante un alternador es mecánica que mediante un alternador es transformada en energía eléctrica. Son transformada en energía eléctrica. Son modelos experimentales y demostrativos modelos experimentales y demostrativos de gran rendimiento.de gran rendimiento.

Esta tecnología se considera que será de Esta tecnología se considera que será de gran aplicación para regiones donde hay gran aplicación para regiones donde hay gran número de pobladores dispersos, a gran número de pobladores dispersos, a los cuales sería muy costoso llegar con red los cuales sería muy costoso llegar con red eléctrica. eléctrica.

Es de esperar que los fabricantes de motores Stirling Es de esperar que los fabricantes de motores Stirling construyan en gran escala unidades pequeñas de ese mismo construyan en gran escala unidades pequeñas de ese mismo tipo, (con disco solar) como por ejemplo con capacidad de tipo, (con disco solar) como por ejemplo con capacidad de producir unos 200 a 400 kWh al mes (equipos de 1 a 2 kW de producir unos 200 a 400 kWh al mes (equipos de 1 a 2 kW de potencia aproximadamente); especialmente para los países potencia aproximadamente); especialmente para los países situados entre los trópicos, pues en estas zonas la cantidad de situados entre los trópicos, pues en estas zonas la cantidad de radiación solar es grande a lo largo de todo el año y a su vez radiación solar es grande a lo largo de todo el año y a su vez es la región donde hay mas población dispersa.es la región donde hay mas población dispersa.

El motor Stirling es el único capaz de aproximarse El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción. Conviene advertir que no serviría como motor de opción. Conviene advertir que no serviría como motor de coche, porque aunque su rendimiento es superior, su potencia coche, porque aunque su rendimiento es superior, su potencia es inferior (a igualdad de peso) y el rendimiento óptimo sólo es inferior (a igualdad de peso) y el rendimiento óptimo sólo se alcanza a velocidades bajas.se alcanza a velocidades bajas.

Ciclo Stirling Ciclo Stirling El El ciclo Stirlingciclo Stirling es un ciclo termodinámico del motor  es un ciclo termodinámico del motor

Striling que busca obtener el máximo rendimiento. Por ello, Striling que busca obtener el máximo rendimiento. Por ello, es semejante al ciclo de Sadi Carnot.es semejante al ciclo de Sadi Carnot.

A diferencia de la maquina de Carnot, (la cual logra la A diferencia de la maquina de Carnot, (la cual logra la mayor eficiencia teórica) esta máquina está constituida por mayor eficiencia teórica) esta máquina está constituida por dos isotermas,dos isocoras y un sistema de regeneración dos isotermas,dos isocoras y un sistema de regeneración entre las isocoras.entre las isocoras.

Existe también una máquina similar según el ciclo de Existe también una máquina similar según el ciclo de Ericsson, la cual consta de dos isotermas y dos isobaras. Ericsson, la cual consta de dos isotermas y dos isobaras. También consta de un sistema de regeneración entre las También consta de un sistema de regeneración entre las isobaras como en el ciclo Stirling.isobaras como en el ciclo Stirling.

El ciclo Stirling IdealEl ciclo Stirling Ideal El El Ciclo Stirling IdealCiclo Stirling Ideal consiste  consiste

de cuatro procesos de cuatro procesos termodinamicos que actúan sobre termodinamicos que actúan sobre el fluido de trabajo:el fluido de trabajo:

1-2. compresion isotermica del 1-2. compresion isotermica del gas a la temperatura inferior. gas a la temperatura inferior. Durante este proceso se cede al Durante este proceso se cede al exterior una cantidad de calor a la exterior una cantidad de calor a la fuente fría..fuente fría..

2-3. Absorción de calor a volumen 2-3. Absorción de calor a volumen constante (isocorico o isocoro). El constante (isocorico o isocoro). El gas absorbe del regenerador una gas absorbe del regenerador una cantidad de calor   y aumenta su cantidad de calor   y aumenta su temperatura, lo que provoca un temperatura, lo que provoca un aumento de presión.aumento de presión.

3-4. Expansión isoterma del gas a 3-4. Expansión isoterma del gas a alta temperatura. Durante este alta temperatura. Durante este proceso se absorbe calor de la proceso se absorbe calor de la fuente caliente.fuente caliente.

4-1. Cesión de una cantidad de 4-1. Cesión de una cantidad de calor al regenerador a volumen calor al regenerador a volumen constante, disminuyendo la constante, disminuyendo la temperatura del fluido.temperatura del fluido.

Diseño De Un Diseño De Un Motor Stirling Motor Stirling Tipo Rombic Tipo Rombic

Betha.Betha.

Descripción del funcionamientoDescripción del funcionamiento Existe un elemento adicional al motor, llamado Existe un elemento adicional al motor, llamado

regenerador, que, aunque no es indispensable, regenerador, que, aunque no es indispensable, permite alcanzar mayores rendimientos. El permite alcanzar mayores rendimientos. El regenerador es un intercambiador de calor regenerador es un intercambiador de calor interno que tiene la función de absorber y ceder interno que tiene la función de absorber y ceder calor en las evoluciones a volumen constante del calor en las evoluciones a volumen constante del ciclo. El regenerador consiste en un medio poroso ciclo. El regenerador consiste en un medio poroso con conductividad térmica despreciable, que con conductividad térmica despreciable, que contiene un fluido. El regenerador divide al motor contiene un fluido. El regenerador divide al motor en dos zonas: una zona caliente y otra zona fría. en dos zonas: una zona caliente y otra zona fría. El fluido se desplaza de la zona caliente a la fría El fluido se desplaza de la zona caliente a la fría durante los diversos ciclos de trabajo, reventando durante los diversos ciclos de trabajo, reventando el regenerador.el regenerador.

Puede emplear 1, 2, 3 o más pistones.Puede emplear 1, 2, 3 o más pistones.

Plataforma Solar de Almería:Plataforma Solar de Almería:Instalaciones & Proyectos con Instalaciones & Proyectos con propósitos Ecológicos & Con propósitos Ecológicos & Con

Motores StirlingMotores Stirling

Instalaciones con discos Instalaciones con discos parabólicosparabólicos

La PSA cuanta con varias unidades de discos parabólicos de tres prototipos La PSA cuanta con varias unidades de discos parabólicos de tres prototipos de concentrador diferente.de concentrador diferente.

Alguno de los discos tienen instalados un motor Stirling, motor de Alguno de los discos tienen instalados un motor Stirling, motor de combustión externa que emplea el ciclo termodinámico del mismo nombre combustión externa que emplea el ciclo termodinámico del mismo nombre y que presenta dos ventajas que le hacen muy adecuado para esta y que presenta dos ventajas que le hacen muy adecuado para esta aplicación:aplicación:• Es de combustión externa, es decir, el aporte energético puede realizarse Es de combustión externa, es decir, el aporte energético puede realizarse

mediante la luz solar recogida por el disco parabólico y concentrada en su zona mediante la luz solar recogida por el disco parabólico y concentrada en su zona focal. Es un ciclo de alto rendimiento termodinámico.focal. Es un ciclo de alto rendimiento termodinámico.

• El motor Stirling lleva acoplado un alternador, de manera que dentro de un El motor Stirling lleva acoplado un alternador, de manera que dentro de un mismo bloque situado en el foco del disco concentrador se realiza la mismo bloque situado en el foco del disco concentrador se realiza la transformación de la energía luminosa en electricidad que se puede inyectar en transformación de la energía luminosa en electricidad que se puede inyectar en la red eléctrica ó bien destinarla a consumo directo en alguna aplicación próxima la red eléctrica ó bien destinarla a consumo directo en alguna aplicación próxima al lugar de emplazamiento.al lugar de emplazamiento.

El rango óptimo de potencias para el conjunto disco/Stirling para ser El rango óptimo de potencias para el conjunto disco/Stirling para ser competitivo en el mercado energético estaría en el orden de unas decenas competitivo en el mercado energético estaría en el orden de unas decenas de kilowatios donde aspiraría a competir con sistemas ya comerciales de kilowatios donde aspiraría a competir con sistemas ya comerciales como los fotovoltaicos o los generadores diesel.como los fotovoltaicos o los generadores diesel.

Por otro lado, dos de los discos parabólicos están equipados para realizar Por otro lado, dos de los discos parabólicos están equipados para realizar ciclado térmico de materiales para receptores.ciclado térmico de materiales para receptores.

Distal 1Distal 1 En operación desde 1992, esta instalación consistió En operación desde 1992, esta instalación consistió

inicialmente de 3 unidades de disco parabólico de inicialmente de 3 unidades de disco parabólico de 7,5 metros de diámetro capaces de recoger hasta 40 kWt 7,5 metros de diámetro capaces de recoger hasta 40 kWt de energía, con un motor Stirling SOLO V160 capaz de de energía, con un motor Stirling SOLO V160 capaz de generar hasta 9 kWe situado en su zona focal.generar hasta 9 kWe situado en su zona focal.

El prototipo de concentrador se construyó aplicando la El prototipo de concentrador se construyó aplicando la tecnología de membrana tensionada, la cual mantiene la tecnología de membrana tensionada, la cual mantiene la forma parabólica mediante una pequeña bomba de vacío. forma parabólica mediante una pequeña bomba de vacío. Su reflectividad es del 94% y es capaz de concentrar la luz Su reflectividad es del 94% y es capaz de concentrar la luz solar hasta 12.000 veces en el centro de su foco de 12 cm solar hasta 12.000 veces en el centro de su foco de 12 cm de diámetro. Su distancia focal es de 4,5 metros y el de diámetro. Su distancia focal es de 4,5 metros y el sistema de seguimiento es polar.sistema de seguimiento es polar.

Dos unidades DISTAL I fueron desmanteladas en el año Dos unidades DISTAL I fueron desmanteladas en el año 2000 para ser reemplazadas por unidades EuroDISH de 2000 para ser reemplazadas por unidades EuroDISH de tercera generación.tercera generación.

Un Sistema Distal 1 En Operación en la Un Sistema Distal 1 En Operación en la

Plataforma Solar de AlmeríaPlataforma Solar de Almería

Distal 2Distal 2 omo primer intento por obtener un sistema de mejores omo primer intento por obtener un sistema de mejores

prestaciones y coste por kWe más reducido, se llevó a cabo prestaciones y coste por kWe más reducido, se llevó a cabo el proyecto DISTAL II. Durante los años 1996 y 1997 fueron el proyecto DISTAL II. Durante los años 1996 y 1997 fueron instalados y puestos en operación rutinaria tres nuevos instalados y puestos en operación rutinaria tres nuevos discos basados en la tecnología de membrana tensionada.discos basados en la tecnología de membrana tensionada.

Estos prototipos tienen un diámetro ligeramente mayor, Estos prototipos tienen un diámetro ligeramente mayor, 8,5 m, con lo que la energía térmica aportada al motor es 8,5 m, con lo que la energía térmica aportada al motor es de 50 kWt. Su distancia focal es de 4,1 m y el valor máximo de 50 kWt. Su distancia focal es de 4,1 m y el valor máximo de concentración es de 16.000 soles en el centro de su de concentración es de 16.000 soles en el centro de su foco. El motor Stirling también ha evolucionado, tratándose foco. El motor Stirling también ha evolucionado, tratándose ahora del modelo SOLO V161, de 10 kWe. El sistema de ahora del modelo SOLO V161, de 10 kWe. El sistema de seguimiento es ahora del tipo acimut-elevación, con lo que seguimiento es ahora del tipo acimut-elevación, con lo que se consigue la operación automática en modo orto-ocaso.se consigue la operación automática en modo orto-ocaso.

Unidad Distal 2Unidad Distal 2

EuroDISHEuroDISH Dentro del proyecto hispano-alemán 'EuroDISH' se diseñaron y Dentro del proyecto hispano-alemán 'EuroDISH' se diseñaron y

construyeron dos nuevos prototipos de disco parabólico con motor construyeron dos nuevos prototipos de disco parabólico con motor Stirling, en los cuales se pretendía actuar sobre los siguientes Stirling, en los cuales se pretendía actuar sobre los siguientes aspectos:aspectos:

Reducción del precio de los componentes mediante la Reducción del precio de los componentes mediante la identificación de elementos de uso estándar en la industria.identificación de elementos de uso estándar en la industria.

Desarrollo de un nuevo sistema de fabricación para el disco Desarrollo de un nuevo sistema de fabricación para el disco concentrador. Se ha abandonado la tecnología de membrana concentrador. Se ha abandonado la tecnología de membrana tensionada y se ha utilizado un sistema de moldes y material tensionada y se ha utilizado un sistema de moldes y material ‘composite’.‘composite’.

Mejora del motor ‘Stirling’ SOLO V161, especialmente de aquellos Mejora del motor ‘Stirling’ SOLO V161, especialmente de aquellos componentes utilizados en la cavidad que recibe la energía solar componentes utilizados en la cavidad que recibe la energía solar concentrada.concentrada.

Desarrollo de un nuevo procedimiento optimizado para el montaje Desarrollo de un nuevo procedimiento optimizado para el montaje del sistema, usando nuevas herramientas especiales.del sistema, usando nuevas herramientas especiales.

Control y monitorización remotos a través del WWW.Control y monitorización remotos a través del WWW. Ensayo de unidades precomerciales como sistemas de referencia.Ensayo de unidades precomerciales como sistemas de referencia.

Vista anterior y posterior de las Vista anterior y posterior de las nuevas unidades EuroDISHnuevas unidades EuroDISH

Plataforma Solar de Almería:Plataforma Solar de Almería: http://www.psa.eshttp://www.psa.es Plataforma Solar de Almería - Plataforma Solar de Almería -

Ctra. de Senés km. 4,5 Tabernas Ctra. de Senés km. 4,5 Tabernas (04200) Almería(04200) Almería