Ventajas y Desventajas de un Motor Stirling

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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Si te ha gustado este artículo de nuestra profesora Ana Duato, puedes seguir ampliando conocimientos relacionados con estos temas con alguno de nuestros cursos del área de diseño mecánico.