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Motor Stirling. Proyecto Electrónica En Informática. Historia. El Motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling, reverendo de origen escoces. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la maquina de vapor.
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Motor Stirling Proyecto Electrónica En Informática
Historia • El Motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling, reverendo de origen escoces. El objetivo era tener un motor menos peligroso que la maquina de vapor. • El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas (normalmente helio, hidrogeno, nitrogeno o simplemente aire) 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 lo cual se expande. Es decir, es necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas entre dos focos y se trata de un motor termico. • 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, etcétera). • Hoy existe una variedad de artefactos que utilizan este principio, incluso algunos con base acústica.
En España, en la Plataforma solar de Almeria, se han construido equipos (conocidos como Distal y EuroDISH) formados por grandes discos parabólicos que reflejan y concentran la luz solar hacia un motor Stirling, el cual produce energía mecánica que mediante un alternador es transformada en energía eléctrica. Son modelos experimentales y demostrativos de gran rendimiento. • Esta tecnología se considera que será de gran aplicación para regiones donde hay gran número de pobladores dispersos, a los cuales sería muy costoso llegar con red eléctrica.
Es de esperar que los fabricantes de motores Stirling construyan en gran escala unidades pequeñas de ese mismo 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 potencia aproximadamente); especialmente para los países 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 es la región donde hay mas población dispersa. • El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción. Conviene advertir que no serviría como motor de coche, porque aunque su rendimiento es superior, su potencia es inferior (a igualdad de peso) y el rendimiento óptimo sólo se alcanza a velocidades bajas.
Ciclo Stirling • El ciclo Stirling es un ciclo termodinámico del motor Striling que busca obtener el máximo rendimiento. Por ello, es semejante al ciclo de Sadi Carnot. • A diferencia de la maquina de Carnot, (la cual logra la mayor eficiencia teórica) esta máquina está constituida por dos isotermas,dos isocoras y un sistema de regeneración entre las isocoras. • Existe también una máquina similar según el ciclo de Ericsson, la cual consta de dos isotermas y dos isobaras. También consta de un sistema de regeneración entre las isobaras como en el ciclo Stirling.
El ciclo Stirling Ideal • El Ciclo Stirling Ideal consiste de cuatro procesos termodinamicos que actúan sobre el fluido de trabajo: • 1-2. compresion isotermica del gas a la temperatura inferior. Durante este proceso se cede al exterior una cantidad de calor a la fuente fría.. • 2-3. Absorción de calor a volumen constante (isocorico o isocoro). El gas absorbe del regenerador una cantidad de calor y aumenta su temperatura, lo que provoca un aumento de presión. • 3-4. Expansión isoterma del gas a alta temperatura. Durante este proceso se absorbe calor de la fuente caliente. • 4-1. Cesión de una cantidad de calor al regenerador a volumen constante, disminuyendo la temperatura del fluido.
Descripción del funcionamiento • Existe un elemento adicional al motor, llamado regenerador, que, aunque no es indispensable, permite alcanzar mayores rendimientos. El regenerador es un intercambiador de calor interno que tiene la función de absorber y ceder calor en las evoluciones a volumen constante del ciclo. El regenerador consiste en un medio poroso con conductividad térmica despreciable, que contiene un fluido. El regenerador divide al motor en dos zonas: una zona caliente y otra zona fría. El fluido se desplaza de la zona caliente a la fría durante los diversos ciclos de trabajo, reventando el regenerador. • Puede emplear 1, 2, 3 o más pistones.
Plataforma Solar de Almería:Instalaciones & Proyectos con propósitos Ecológicos & Con Motores Stirling
Instalaciones con discos parabólicos • La PSA cuanta con varias unidades de discos parabólicos de tres prototipos de concentrador diferente. • Alguno de los discos tienen instalados un motor Stirling, motor de combustión externa que emplea el ciclo termodinámico del mismo nombre y que presenta dos ventajas que le hacen muy adecuado para esta aplicación: • 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 focal. Es un ciclo de alto rendimiento termodinámico. • 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 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 al lugar de emplazamiento. • El rango óptimo de potencias para el conjunto disco/Stirling para ser competitivo en el mercado energético estaría en el orden de unas decenas de kilowatios donde aspiraría a competir con sistemas ya comerciales como los fotovoltaicos o los generadores diesel. • Por otro lado, dos de los discos parabólicos están equipados para realizar ciclado térmico de materiales para receptores.
Distal 1 • En operación desde 1992, esta instalación consistió inicialmente de 3 unidades de disco parabólico de 7,5 metros de diámetro capaces de recoger hasta 40 kWt de energía, con un motor Stirling SOLO V160 capaz de generar hasta 9 kWe situado en su zona focal. • El prototipo de concentrador se construyó aplicando la tecnología de membrana tensionada, la cual mantiene la forma parabólica mediante una pequeña bomba de vacío. 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 de diámetro. Su distancia focal es de 4,5 metros y el sistema de seguimiento es polar. • Dos unidades DISTAL I fueron desmanteladas en el año 2000 para ser reemplazadas por unidades EuroDISH de tercera generación.
Un Sistema Distal 1 En Operación en la Plataforma Solar de Almería
Distal 2 • omo primer intento por obtener un sistema de mejores prestaciones y coste por kWe más reducido, se llevó a cabo el proyecto DISTAL II. Durante los años 1996 y 1997 fueron instalados y puestos en operación rutinaria tres nuevos discos basados en la tecnología de membrana tensionada. • Estos prototipos tienen un diámetro ligeramente mayor, 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 concentración es de 16.000 soles en el centro de su foco. El motor Stirling también ha evolucionado, tratándose ahora del modelo SOLO V161, de 10 kWe. El sistema de seguimiento es ahora del tipo acimut-elevación, con lo que se consigue la operación automática en modo orto-ocaso.
EuroDISH • Dentro del proyecto hispano-alemán 'EuroDISH' se diseñaron y construyeron dos nuevos prototipos de disco parabólico con motor Stirling, en los cuales se pretendía actuar sobre los siguientes aspectos: • Reducción del precio de los componentes mediante la identificación de elementos de uso estándar en la industria. • Desarrollo de un nuevo sistema de fabricación para el disco concentrador. Se ha abandonado la tecnología de membrana tensionada y se ha utilizado un sistema de moldes y material ‘composite’. • Mejora del motor ‘Stirling’ SOLO V161, especialmente de aquellos componentes utilizados en la cavidad que recibe la energía solar concentrada. • Desarrollo de un nuevo procedimiento optimizado para el montaje del sistema, usando nuevas herramientas especiales. • Control y monitorización remotos a través del WWW. • Ensayo de unidades precomerciales como sistemas de referencia.
Plataforma Solar de Almería: • http://www.psa.es • Plataforma Solar de Almería - Ctra. de Senés km. 4,5 Tabernas (04200) Almería
