Motor SRF

 

El motor Stirling de Regenerador Flotante, en adelante motor SRF es una idea para un motor realmente sencillo, fácil de construir aunque con limitada viabilidad comercial.El diseño es sencillo, tal como se ve en la imagen inferior. Básicamente es un cilindro abierto por ambos extremos, a través de los cuales actúan dos pistones  (los sistemas de bielas no están reflejados aunque en la explicación del movimiento se comprenderá su existencia). En el medio del cilindro se ubica el regenerador. Este no se encuentra fijo a las paredes del cilindro, sino que puede oscilar desde la posición central en para facilitar el funcionamiento del motor. El regenerador en sí puede ser uno poroso para el flujo del gas a través de él o simplemente una pieza cilíndrica cerrada en el que el gas de trabajo fluye por el intersticio dejado entre esta pieza y las paredes del cilindro del motor. El regenerador debe mantenerse en la posición centrada cuando no es empujado por los pistones, para lo cual he pensado en un sistema de resortes o incluso en un sistema magnético no representados, aunque el magnético presenta problemas por la baja tolerancia de los imanes a las altas temperaturas. Como es lógico el regenerador divide al cilindro en dos volúmenes a distinta temperatura, enfriando o calentando el gas de trabajo mientras este pasa de un volumen a otro.
Fase 1 SRF  

El mejor método de entender el motor es mediante la explicación de su funcionamiento. Al final de la explicación comentare sus problemas. Como referencia he indicado en el dibujo unas marcas que señalan los puntos en los que estaría situado el pistón para posiciones de 1/8 de vuelta del cigüeñal, que tomaré como referencia en mi explicación del funcionamiento. Obviamente las marcas extremas indican los puntos muertos superior e inferior del movimiento del pistón.Partimos de la posición de la figura representada arriba. En ella podemos observar como todo el gas de trabajo esta contenido en el volumen del cilindro correspondiente al foco frío. Veamos la posición al realizarse un giro de 1/8 de revolución en cada uno de los pistones.

 stir2.png

Como se puede observar el pistón del foco frío (izquierda) se ha desplazado hacia la derecha comprimiendo el gas. Por su parte, el pistón del foco caliente se desplaza a la izquierda, empujando al regenerador (por esto es flotante) reduciendo por su parte también el volumen y comprimiendo el gas. Estos dos movimientos lineales son relativamente cortos, al estar los pistones en los tramos próximos a los puntos muertos respectivos. Si no lo entiende revise el movimiento generado por un sistema biela-pistón. En el siguiente 1/8 de vuelta el pistón del foco frío sigue avanzando mientras el del foco caliente que había llegado a su punto muerto superior en la posición anterior ahora retrocede, siendo acompañado por el regenerador forzado por el resorte. El desplazamiento lateral del pistón frío es superior al del pistón caliente con lo cual tenemos una reducción del volumen y por tanto una compresión adicional.

Paso 4. SRF   

En este paso vemos como el pistón caliente se separa del regenerador habilitando un volumen en el lado del foco caliente. Es en este momento cuando el fluido comienza a pasar a través del regenerador calentándose (calor acumulado de ciclos anteriores). El pistón frío por su parte continúa su movimiento, hasta alcanzar al regenerador. Por simetría, el volumen total al comienzo y final de este 1/8 de vuelta es el mismo, aunque el volumen total no se ha mantenido constante durante todo el proceso sino que ha oscilado ligeramente por las características del sistema de bielas. El resultado termodinámico es un calentamiento a volumen constante aproximadamente. 

Paso 5. SRF  

Ahora es el pistón frío el que empuja al regenerador reduciendo el volumen en el lado del foco caliente, pero por su parte el pistón del foco caliente se mueve a una mayor rapidez dejando mayor volumen, siendo como resultado final una expansión. Paso 6.SRF                                                                          

 En este paso se completa la expansión del fluido de trabajo. El pistón caliente llega a su punto muerto inferior, mientras el pistón del foco frío se retira dejando de empujar al regenerador que lo acompaña en su movimiento. Como se puede observar ambos pistones contribuyen a aumentar el volumen total contenido en la parte del foco caliente, produciendo el trabajo, objetivo del motor.Los tres últimos octavos de vuelta los indico juntos porque se trata simplemente de regresar a la situación inicial trasladando el gas de trabajo del foco caliente al frío pasando por el regenerador y cediendo energía térmica a este.                                                                                                                                                               

Paso 7.SRF                                                                    

Seguido del siguiente:Paso 8. SRF                                                                                

Y finalmente pasamos a la posición inicial. Aunque el resultado neto sea un proceso a volumen constante, la realidad de la construcción del sistema biela pistón provoca ciertos desfases, que podrían generar algún problema.  

Ventajas e inconvenientes:

 

Ventajas:

Se reducen los ciclos de histéresis de otros tipos de motores Stirling.

Diseño muy sencillo.

 

Desventajas.

Pistones enfrentados con dos sistemas de cigüeñales.

Transmisión térmica a través de las paredes del cilindro.

Vibraciones en el movimiento del regenerador.

 

Evaluación.

El motor SRF desde mi punto de vista no tiene aptitudes para convertirse en un producto comercial capaz de sustituir a otro tipo de motores. Es cierto que su construcción es extremadamente sencilla, sin válvulas ni otros elementos de control, además de reproducir de modo bastante fiel el ciclo teórico de Stirling.

Sin embargo, al tener ambos pistones enfrentados se reduce la superficie de intercambio termico, disminuyendo su rendiemiento real. Ademas tiene el problema del propio regenerador movil. En primer lugar tenemos que añadir un resorte al mismo para conseguir fijarlo en su posicion central permitiendo que los pistones lo puedan empujar. En segundo lugar por el movimiento del mismo, se producen vibraciones adicionales al sistema, y finalmente en el momento que los pistones contactan con el regenerador para empujarlo, se produce un choque que debe ser tenido en cuenta. 

Aun así, es un concepto de motor interesante y curioso. 

 

 

 

 

 

 

5 respuestas a Motor SRF

  1. Pablo dice:

    Muchas gracias por tu trabajo, ahora me encuentro haciendo un proyecto para la universidad sobre el motor stirling y me ha venido muy bien.
    Un Saludo.

  2. Ingeniero Daniel Nazario dice:

    En relación al motor Stirling, utilizando la biela articulada, en el que estoy experimentando, tengo otras ideas al respecto.
    Ing Daniel Nazario

  3. RAYMUNDO ROSALES JIMÉNEZ dice:

    NO ENTIENDO PARA NADA EL FUNCIONAMIENTO DE LAS BIELAS ARTICULADAS, LE RUEGO EL FAVOR DE PRESENTAR UN DIBUJO MAS DETALLADO PARA PODER ANALIZARLO Y ENTONCES LE ENVIARÉ MIS FELICITACIONES, PORQUE EL TEMA ES MUY INTERESANTE, PERO SI PRETENDE QUE LE CREAMOS SEA MUY CLARO.

    RAYMUNDO ROSALES J.

  4. FRANCISCO CARRERA dice:

    HOLA:

    SOY ESTUDIANTE DE INGENIERIA ELECTROMECANICA DEL INTITUTO TECNOLOGICO DE ZACATEPEC EN EN ESTADO DE MORELOS… Y EN ESTOS MOMENTOS ME ENCUENTRO HACIENDO UNA INVESTIGACION MUY MINUSIOSA ACERCA DE LOS DIVERSOS MOTORES DE STIRLINGLO QUE PASA ES QUE ESTOY DESARROLLANDO UN PROTOCOLO DE INVESTIGACION Y ESTOY PENSANDO EN UNA APLCACION, EN ESTE CASO DOMESTICA, PARA ESTE PEQUEÑO Y CUIRIOSO ARTEFACTO Y LA VERDAD ES QUE ME ENCONTRADO CON EL PROBLEMA DE QUE NO HAY MUCHA INFORMACION Y LA VERDAD ES QUE ESTA INFORMACION ME HA CIADO DE MARAVILLA…
    GRACIAS…!!!

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