El motor Stirling és un motor tèrmic de combustió externa. Originàriament es va concebre com un motor principal industrial per competir amb la màquina de vapor, però a la pràctica, durant més d'un segle només es va fer servir per a aplicacions domèstiques i per a motors de baixa potència.
El motor Stirling va ser inventat el 1816 per Robert Stirling, un capellà escocès. Una de les preocupacions de lèpoca era la seguretat de les màquines de vapor. L'objectiu de Stirling era aconseguir un motor menys perillós que la màquina de vapor.
El funcionament es basa en l'expansió i contracció d'un gas que pot ser heli, hidrogen, nitrogen o aire. A aquest gas se l'obliga a desplaçar-se cíclicament d'una font freda on es contrau a una font calenta on s'expandeix.
Aquest tipus de màquina es considera com un motor tèrmic. Es tracta d'un motor termodinàmic per la presència d'un gradient de temperatures entre les dues fonts tèrmiques.
Actualment encara s'investiga el desenvolupament. El fet que només necessiti una font de calor externa li dóna una gran versatilitat ja que aquest fet li dóna la possibilitat de poder utilitzar moltes fonts denergia per al seu funcionament. Exemples de fonts denergia utilitzades en aquesta tecnologia són lenergia solar tèrmica, combustibles fòssils com ara carbó o petroli, biomassa, energia geotèrmica i altres.
Com funciona un motor Stirling?
Un motor Stirling és un motor alternatiu que funciona en un cicle regeneratiu termodinàmicament tancat. Aquest cicle és el denominat cicle de Stirling. La característica principal daquest cicle és que funciona amb compressió cíclica i expansió cíclica del fluid de treball a diferents nivells de temperatura.
El motor Stirling és un motor tèrmic que funciona mitjançant un cicle de compressió i expansió d'un gas. S'utilitzen dos nivells de temperatura que fan que hi hagi una conversió neta d'energia tèrmica en energia mecànica (treball mecànic).
El gas comprimit exerceix una pressió sobre un pistó. El pistó va connectat a un eix cigonyal que permet convertir el moviment lineal del pistó per dintre del cilindre en un moviment de rotació d'un eix.
Dins del grup dels motors tèrmics, igual que la màquina de vapor, el motor Stirling es classifica com un motor de combustió externa; totes les transferències de calor amb el gas de treball es fan a través de la paret del motor. En canvi, en un motor de combustió interna l‟entrada de calor es fa per la combustió d‟una combustible dins del cos del fluid de treball.
Com és típic als motors tèrmics, el cicle general consisteix en:
- Comprimiu el gas que està a menor temperatura.
- Escalfar el gas en un focus calent.
- Expandir el gas calent generant una feina mecànica.
- Refredeu el gas en un focus fred per poder repetir el cicle de Stirling.
Quin és el rendiment del motor Stirling?
L‟eficiència del procés queda molt restringida per l‟eficiència del cicle de Carnot, que depèn de la diferència de temperatura entre la zona calenta i la zona freda. De tota manera, el motor Stirling és l'únic capaç d'aproximar-se al rendiment màxim teòric conegut com a rendiment de Carnot.
Cicle de Carnot
En termodinàmica, el cicle de carnot o el procés de carnot és un procés circular ideal. Aquest cicle consta de dos processos adiabàtics i dos processos isotèrmics. En el procés de Carnot, el sistema termodinàmic fa un treball mecànic mitjançant l'intercanvi de calor amb dos dipòsits de calor. Tots dos dipòsits de calor tenen temperatures constants però diferents.
Als cicles de Carnot hi ha dos focus de calor:
- L'escalfador, que sn tanc amb una temperatura més alta
- La nevera, que és un tanc amb una temperatura més baixa.
Quina és la diferència entre el motor Stirling i el motor de vapor?
A diferència d'un motor de vapor, el motor Stirling tanca una quantitat fixa de fluid en estat permanentment gasós com és l'aire. En canvi, a la màquina de vapor el fluid de treball pateix un canvi de fase de líquid de gas.
El motor Stirling es caracteritza per la seva alta eficiència en comparació amb les màquines de vapor, un funcionament més silenciós, i més facilitat per utilitzar diferents fonts de calor.
Aquesta compatibilitat amb les fonts d'energies alternatives i renovables ha estat cada cop més important a mesura que pujava el cost dels combustibles fòssils convencionals i la sensibilitat social amb el canvi climàtic. El motor Stirling és actualment d'interès com a nucli de les unitats microcombinades de calor i energia, és a dir de cogeneració, on és més segur i eficient que una energia de vapor.
Perquè es fa servir el motor Stirling?
Aquesta tecnologia es considera que serà de gran aplicació per a regions on hi ha un gran nombre de pobladors dispersos, als quals seria molt costós arribar amb xarxa elèctrica.
Cal esperar que els fabricants de motors Stirling construeixin a gran escala unitats petites d'aquest mateix tipus, (amb disc solar) com per exemple amb capacitat de produir uns 200 a 400 kWh al mes (equips d'1 a 2 kW de potència aproximadament) ; especialment per als països situats entre els tròpics, ja que en aquestes zones la quantitat de radiació solar és gran al llarg de tot l'any i alhora és la regió on hi ha més població dispersa.
