Qué es un motor Stirling ?

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El motor Stirling es uno de los motores térmicos más eficientes que se conocen, fue el último de varios intentos que el reverendo Dr. Robert Stirling hizo por simplificar el funcionamiento de las peligrosas máquinas de vapor. El reverendo Stirling heredó la curiosidad por los sistemas mecánicos de su padre que fue ingeniero y siempre le pareció que era demasiado peligroso elevar la temperatura del agua para convertirla en vapor, luego recolectarla y enfriarla para re-usarla por medio de sistemas complicados de bombeo que no pocas veces habían producido accidentes fatales a muchas personas.

En todo caso debemos hacer notar que en tiempos del reverendo no se conocía una aleación que resistiera tales condiciones y que ésta era la causa principal de tantos accidentes, el reverendo sí tenía la razón en el detalle de que si se podía construir un sistema más simple y que usara menos energía entonces tendríamos máquinas mas seguras. Lo que él buscó era sustituir el vapor de agua como fuente de expansión para los pistones y para ello usó el aire.

Es correcto, el aire se dilata más fácilmente a temperaturas menores y si nos adentramos en la "teoría cinética de gases" el aire se aproxima a lo que denomina "un gas ideal" que en sentido práctico equivale a un gas mono-atómico, sin fuerzas de atracción entre sus moléculas, a baja presión y altas temperaturas. En condiciones ambientales normales el aire se comporta más como un gas ideal que el vapor de agua, lo que no sé con certeza es si el Stirling tenía conocimiento de ello pero lo que si sabía era que para dilatar al aire no se requería tanta energía como con el vapor y más tarde el ingeniero militar Sadi Carnot usaría el modelo de la máquina de Stirling para desarrollar el propio, que conocemos como la máquina de Carnot, un modelo ideal de una máquina térmica y que buscaba explicar la inusitada eficiencia de esa máquina.

La máquina diseñada originalmente por Stirlin consta de un cilindro y un juego doble de pistones. En el fondo del cilindro está la fuente de calor y allí reposa el primer pistón que no es hermético y permite el paso del aire, luego hay un espacio intermedio que le permite movimiento y es donde el aire se enfría y finalmente se encuentra el segundo pistón que el que realiza el trabajo. El aire atrapado entre el fondo del cilindro se dilata por efecto del calor y empuja al pistón y pasa por el espacio que hay entre este y las paredes del cilindro, para luego empujar al segundo cilindro y enfriarse en el espacio intermedio para volver luego a su posición inicial.

El trabajo es realizado por el segundo pistón por medio de una biela que se conecta a un engranaje o a un cigueñal (árbol de levas). En modelos ulteriores también se aprovecha el trabajo realizado por el primer pistón usando una biela fija que atraviesa la parte central del segundo pistón y se conecta un engranaje doble muy característico y que le da el nombre a esta variación: motor Stirling Rombic. En otras versiones del motor los pistones se colocan en cilindros diferentes formando una "V" y también existe el modelo que combinan un doble juego de pistones en un ángulo de 180 grados.

Todos estos diseños pretenden solventar el problema de la baja potencia de este motor, si al menos las personas se conformaran con realizar la misma tarea en un tiempo un poco mayor la historia sería diferente. La eficiencia del motor Stirling lo acerca a la máquina de Carnot pero su baja potencia hizo que los fabricantes solo lo usaran para tareas relativamente triviales, como la ventilación de habitaciones y en juguetes, hoy día se usan espejos solares para calentarlos y obtener energía eléctrica, pero no es muy generalizado su uso. La NASA (la agencia aero-espacial norteamericana) ha estudiado varios diseños para usarlo en la exploración espacial.

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