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Todos los motores de ciclo Stirling son motores de "ciclo cerrado". En estos motores existe una cantidad fija de aire en el interior, no variando ésta ni para aumentar ni para disminuir. Si se produjese por cualquier causa variación, el circuito no funcionaría por pérdida de compresión y por tanto de energía.
Los motores Stirling son máquinas de combustión externa, con lo cual se pueden adaptar a cualquier fuente de energía (combustión convencional o mixta, como biomasa y gas, energía solar...), sin que ello afecte al funcionamiento interno del motor.
Como la combustión es externa la contaminación química se reduce al máximo. De hecho los gases generados pueden filtrarse o, incluso, condensarse en un depósito y trasladarse después a un vertedero. En caso de energía solar o geotérmica la contaminación sería nula.
Otra ventaja de los motores Stirling es que resultan extremadamente silenciosos, pues no disponen de válvulas ni fases de explosión en su ciclo. De este modo se evitan ruidos y vibraciones.
Cuando el aire se calienta éste se expande y aumenta la presión interior al no variar el espacio en el que está cerrado; este calentamiento viene seguido de un enfriamiento. El motor realiza ambas variaciones de calor y frío en cada revolución del volante.
- Calentamiento del aire → Aumento de presión.
- Enfriamiento del aire → Disminución de presión.
Zona de calentamiento.
Cilindro desplazador.
Volante de inercia.
Cigüeñal (Tipo Yugo de Ross).
Pistón.
Quemador.
La variación de presión actúa en el cilindro del desplazador -zona de enfriamiento- con lo que la energía termal (calor) se convierte en energía mecánica (giro del volante y cigüeñal).
El desplazador es el elemento que facilita el desplazamiento del aire hacia las zonas deseadas: zona de calentamiento y zona de enfriamiento de forma cíclica por cada revolución del volante de inercia.
En la mayoría de los motores Stirling, el desplazador y el pistón de trabajo están mandados por el acoplamiento mecánico en un cigüeñal con un desfase de 90º, esta condición es obligatoria y necesaria para el funcionamiento satisfactorio; de otra manera se perdería eficacia o no funcionaría el motor.
A continuación se representa en cuatro fases el ciclo de funcionamiento del motor Stirling.
FASE A
El pistón de trabajo está en el final de su recorrido superior (P.M.S.) y esperando el incremento de la presión debido a la expansión del gas que está siendo empujado dentro de la zona de calentamiento del cilindro del desplazador el cual se moverá a la zona de enfriamiento.
FASE B
El gas está en la zona de calentamiento expandiéndose, aumentando la presión y provocando que el pistón de trabajo se mueva hacia afuera. Esto deriva en un giro de un cuarto de vuelta del volante.
FASE C
El gas está empujando en la zona de enfriamiento y el desplazador se mueve a la zona de calentamiento. Mientras el pistón de trabajo está todavía moviéndose bajo la fuerza del incremento de presión de la Fase B hasta que alcanza el máximo de su recorrido (P.M.I.), el volante realiza media vuelta. La presión momentáneamente vuelve a su estado normal.
FASE D
El gas está todo en la zona de enfriamiento donde se enfría y se contrae. El momento del volante lleva al pistón de trabajo hacia adentro con una pequeña resistencia,
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