El regenerador

 

El regenerador constituye quizás la mayor innovación llevada por Robert Stirling en el desarrollo del motor Stirling, un elemento del motor que permitía recuperar “mágicamente” la energía.

Como ya he contado en otros post el ciclo de Stirling consta de dos procesos a volumen constante y otros dos a temperatura constante (a la de los respectivos focos). En los procesos a volumen constante el fluido de trabajo tiene que pasar de la temperatura del foco frío a la del caliente o viceversa.

Veamos la gráfica del ciclo:


ciclo.gif

En el paso 2-3 el gas que se ha comprimido a la temperatura del foco frío, se calienta hasta la temperatura el foco caliente, necesitando por tanto un aporte de calor. Por contra en el paso 4-1 el fluido pasa de la temperatura del foco caliente a la del frío, es decir, extraemos calor. La buena idea de Stirling, fue la de recuperar el calor extraído en el paso 4-1 para aportarlo en el paso 2-3, y eso es lo que hace el regenerador, al hacer pasar alternativamente el gas caliente proveniente del foco caliente y después el gas enfriado en el foco frío.

El diseño de un buen regenerador es una cuestión de compromisos entre diversos factores:

La mayor superficie posible para aumentar la transferencia térmica.

Volumen interno lo más reducido posible (donde permanece el gas)

La menor resistencia al flujo del gas posible.

Una de las soluciones para su construcción que se han utilizado consisten en la utilización de materiales porosos que permiten el flujo del gas a través de los poros y que poseen una enorme superficie de contacto por esa misma porosidad.

El principal problema de esos regeneradores es la resistencia que oponen al flujo del gas a través de ellos, por lo que es aun más necesario utilizar gases de muy baja viscosidad como el Helio o el Hidrogeno, para minimizar las perdidas por rozamiento.

Estas perdidas pueden ser tan elevadas que hagan que el rendimiento del motor sea mejor si eliminamos el regenerador, con lo que perdemos la posibilidad de recuperación de energía que nos aporta.

Una posible solución a este problema del regenerador esta en la utilización de otro tipo de intercambiador. Existen ejemplos de utilización de dos motores Stirling de tipo α desfasados entre si 180º y un intercambiador a contracorriente, de modo que cuando en uno de los motores el gas pasa del foco caliente al frío, el el otro el gas hace la operación inversa, pasando del foco frío al caliente.

En mi opinión una solución con un intercambiador a contracorriente ofrece las mejores posibilidades para crear un motor Stirling competitivo.

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