Movimientos de un Stirling

Movimentos de un Stirling

Una meta importante de la ingeniería es la de desarrollar dispositivos que permitan convertir el calor

en trabajo. Mientras que la conversión del trabajo en calor se puede conseguir con un rendimiento del
100 %, la conversión de calor en trabajo viene limitada por el Segundo principio de la Termodinámica:
“No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y
la conversión íntegra de este calor en trabajo, sin producir ningún
otro efecto” (enunciado de Kelvin-Planck).
En general, un motor térmico es un dispositivo mediante el
cual un sistema realiza un ciclo en el que absorbe calor de un
foco de temperatura alta, cede una cantidad de calor a un foco
de temperatura inferior, y realiza un trabajo sobre el exterior.
En 1816, Stirling diseñó un motor de aire caliente que podía
convertir en trabajo parte de la energía liberada al quemar combustible.
Tenía la ventaja de trabajar a más bajas presiones y
ofrecer, por tanto, menor riesgo de explosión que la máquina de
vapor. Posteriormente, el motor Stirling fue abandonado al desarrollarse
el motor de combustión interna.
En la actualidad, el motor Stirling está en una nueva fase de desarrollo debido a sus muchas ventajas.
Por ejemplo, constituye un sistema cerrado, trabaja muy suavemente y puede funcionar con diferentes
combustibles, lo cual permite investigar también los aspectos ambientales en nuestra sociedad.
Nosotros vamos a utilizar el motor Stirling para estudiar el principio de las máquinas térmicas,
porque, en este caso, el proceso de conversión de la energía térmica en energía mecánica es particularmente
claro y relativamente fácil de entender.

El funcionamiento del motor se observa en las cuatro secuencias de la figura adjunta, correspondiendo

cada una de ellas a uno de los procesos termodinámicos del ciclo de Stirling antes descrito.

- Proceso I: el émbolo de trabajo se mueve hacia arriba, mientras que el sumergible está quieto,
produciéndose una expansión isoterma del gas, a una temperatura alta.

- Proceso II: el émbolo sumergible se desplaza hacia la derecha, absorbiendo y almacenando el
calor del gas caliente que circula hacia la izquierda, mientras que el émbolo de trabajo está
quieto ahora, por lo que se produce un enfriamiento isócoro.

- Proceso III: el émbolo de trabajo se mueve hacia abajo, mientras que el sumergible está quieto,
produciéndose una compresión isoterma del gas, pero a menor temperatura que la del proceso

I, pues el gas se enfrió en el proceso II.

- Proceso IV: el émbolo sumergible retorna ahora hacia la izquierda, cediendo al gas el calor
que almacenó previamente en el proceso II, mientras que el émbolo de trabajo está quieto. Se
produce así un calentamiento isócoro del gas.