Ni híbrido ni eléctrico: el motor con cero emisiones que la industria nunca llegó a adoptar y que es prácticamente indestrutible
¿Conoces el motor Stirling? Al no generar emisiones, podría parecer que se trata de un motor eléctrico, pero en realidad es un motor térmico. Es decir, no necesita gasolina o diésel para funcionar, sino que obtiene la energía de las diferencias de temperatura. No realiza ningún proceso de combustión interna, sino que se diseñó con un ciclo cerrado con un gas de trabajo, que puede ser hidrógeno u oxígeno, por ejemplo. Su origen se remonta a la primera mitad del siglo XIX de la mano de Robert Stirling y llegó a tener una potencia máxima de 37 CV.
Un motor Stirling es un motor térmico que funciona mediante la compresión y expansión cíclica de aire u otro gas, conocido como fluido de trabajo, a distintos niveles de temperatura, de manera que este proceso permite transformar la energía calorífica en energía mecánica. Su ciclo de trabajo se compone de dos transformaciones isocóricas, correspondientes al calentamiento y al enfriamiento del fluido a volumen constante, y de dos transformaciones isotermas, en las que se produce la compresión y la expansión a temperatura constante.
Motor Stirling
La principal característica de este motor es que, para generar trabajo mecánico, aprovecha la diferencia de temperatura. El gas que se utiliza como combustible se calienta y se enfría en un sistema cerrado, de forma que, cuando se somete a una temperatura elevada, se expande y ejerce presión sobre un componente. Por el contrario, cuando está sometido a bajas temperaturas, la presión generada se reduce. Así, el ciclo de expansión y comprensión repetido de manera continua termina convirtiendo la energía térmica en trabajo mecánico.
«Para poner el motor en funcionamiento es necesario crear una diferencia de temperatura significativa entre las dos placas metálicas, las cuales consideramos como foco caliente y foco frío, respectivamente. Esta diferencia de temperatura se consigue poniendo una taza de agua caliente, o bien muy fría, debajo de la base metálica, que actúa como uno de los focos, siendo el otro el ambiente. Es recomendable hacer uso de agua caliente, puesto que se consigue una diferencia de temperatura mayor entre el foco caliente y el foco frío, el cual está a temperatura ambiente, y de este modo el rendimiento del motor será mayor», explica la Universidad de Valencia.
Una vez alcanzada una diferencia de temperatura suficiente entre el foco caliente y el foco frío, el motor de Stirling comienza a funcionar mediante un ciclo de cuatro etapas. En primer lugar, la placa inferior transfiere calor del foco caliente al aire del cilindro, que aumenta su presión y temperatura a volumen constante. A continuación, el aire se expande tras alcanzar el equilibrio térmico, desplazando los pistones y poniendo en movimiento el volante gracias al desfase de las bielas. En la tercera etapa, el aire entra en contacto con el foco frío, cede calor y reduce su presión manteniendo el volumen. Por último, el aire ya frío se contrae, aumenta su presión y devuelve el sistema a la posición inicial, reiniciando el ciclo.
Historia
Robert Stirling creó el motor Stirling y obtuvo su patente en el año 1816. A partir de ese momento, el astrónomo Jogn Herschel lo utilizó por primera vez como herramienta de refrigeración en 1834. Más adelante, en 1876, John Gorrie produjo hielo gracias a este motor térmico. Desde ese momento, las aplicaciones fueron menos frecuentes y las máquinas con motor Stirling prácticamente desaparecieron a principios del siglo XX. Sin embargo, en la década de 1940, investigadores de Philips utilizaron la presurización para mejorar la densidad de potencia.
Ventajas y desventajas
El motor Stirling presenta numerosas ventajas. A nivel de alimentación, destaca por la versatilidad de fuentes de energía que se pueden utilizar para su funcionamiento, ya que soóo necesita una fuente de calor externa al cilindro, pudiendo emplear energía solar térmica, biomasa, energía geotérmica o todo tipo de combustibles. Por su rendimiento, es el único motor capaz de aproximarse al rendimiento máximo teórico de Carnot.
A nivel medioambiental, permite un proceso de combustión continua, reduciendo emisiones como NOx, hollines e hidrocarburos. Además, por su sencillez, necesita menos lubricación, carece de válvulas y presenta una mayor durabilidad. También ofrece mayor seguridad y buen comportamiento a bajas temperaturas, así como una gran versatilidad de uso.
Entre sus desventajas destaca el elevado coste, ya que requiere intercambiadores de calor capaces de soportar altas temperaturas y ambientes corrosivos. También presenta un gran tamaño cuando trabaja con pequeños diferenciales térmicos y una compleja disipación de calor en el foco frío. El encendido es lento, ya que necesita calentamiento previo, y su respuesta es más adecuada para aplicaciones de velocidad constante. En lo que respecta al fluido de trabajo, el hidrógeno tiene las características ideales, pero presenta algunos problemas de seguridad, así que es conveniente sustituirlo por aire comprimido o helio.
En definitiva, el motor Stirling es una alternativa muy interesante en contextos relacionados con la sostenibilidad gracias a su alta eficiencia y la ausencia de emisiones.
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