Este motor fue inventado por el Reverendo escocés Roberto Stirling en 1816 y se presentó en su época como la “alternativa segura” a las entonces predominantes “máquinas de vapor”, cuyas calderas de diseño rudimentario eran altamente explosivas. Se afirma que un motor Stirling puede tener eficiencia teórica superior a la de un motor convencional, sea gasolinero (Otto) o petrolero (Diesel), aunque es, por el momento, incapaz de reemplazar a estos últimos debido a la baja potencia de salida que lo caracteriza. No obstante jamás fue descartado del todo, como iremos viendo. El ciclo termodinámico ideal del motor Stirling consta de 4 etapas: Compresión y expansión ( isotérmicas) adición y expulsión de calor (isométricas) 
Este motor utiliza una fuente de calor fija para calentar gas (aire, vapor de agua, etc.). El cambio de presiones en el gas (debido al salto de temperatura alta a baja) es lo que produce el funcionamiento. Una volante de inercia o hélice con giro suave es necesaria para el arranque.
Como puede apreciarse, el motor Stirling es un motor de combustión externa, tal como la clásica “maquina de vapor”. Inicialmente fue, en efecto, una alternativa a dicha máquina allí donde no se requería mucho esfuerzo de impulso, como en el caso de ventiladores, bombas y compresores de aire. La aparición de motores térmicos de ciclo más eficiente en la segunda mitad del siglo XIX hizo relegar momentáneamente al Stirling que reaparecerá en los años 30 del siglo XX cuando la Philips empieza a probar su factibilidad en generadores eléctricos para radios.
Este motor utiliza una fuente de calor fija para calentar gas (aire, vapor de agua, etc.). El cambio de presiones en el gas (debido al salto de temperatura alta a baja) es lo que produce el funcionamiento. Una volante de inercia o hélice con giro suave es necesaria para el arranque. Como puede apreciarse, el motor Stirling es un motor de combustión externa, tal como la clásica “maquina de vapor”. Inicialmente fue, en efecto, una alternativa a dicha máquina allí donde no se requería mucho esfuerzo de impulso, como en el caso de ventiladores, bombas y compresores de aire. La aparición de motores térmicos de ciclo más eficiente en la segunda mitad del siglo XIX hizo relegar momentáneamente al Stirling que reaparecerá en los años 30 del siglo XX cuando la Philips empieza a probar su factibilidad en generadores eléctricos para radios. En el campo automotriz, son conocidos los estudios de la General Motors que se llevaron a cabo entre 1958 y 1970 con el fin de encontrar aplicación del motor Stirling a su industria. Así en 1985 se hicieron pruebas en un Chevrolet Celebrity con pobres resultados, de modo que las innovaciones técnicas de los motores existentes en el mercado hicieron dejar de lado temporalmente los proyectos. Hay un par de características clave que hacen poco práctico su uso en autos, buses y camiones. Debido a que la fuente de calor es externa, se necesita un intervalo de tiempo para que el motor responda a los cambios en la cantidad de calor que se aplica al cilindro; toma tiempo para que el calor sea conducido a través de las paredes del cilindro y el gas en el interior del motor. Esto significa que:
• El motor requiere mucho tiempo para calentar antes de que pueda producir potencia útil.
• El motor no puede cambiar su potencia rápidamente.
Estas deficiencias impiden que este motor sustituya al de combustión interna.
El primer motor Stirling híbrido fue probado en 1995 en un Chevrolet Lumina y tampoco pudo satisfacer expectativas en cuanto a eficiencias y nuevamente se abandonó la idea de su aplicación entre los fabricantes de autos. Las idea básica del sistema híbrido es, pese a todo, una alternativa factible como fuente primaria para la generación de energía eléctrica. Ver el esquema de la planta de cogeneración de 35 Kw propuesta por H. Carlsten en la década de los 90, a partir de la combustión de biomasa.
Este sistema fue diseñado para generar electricidad en hogares y empresas, utilizando energía solar como fuente de calor en días despejados y biogás durante las noches o en días nublados. Sin embargo, los motores Stirling hoy en dia sólo tienen algunas aplicaciones muy especializadas, como en los submarinos, los edificios inteligentes, o generadores de potencia auxiliar para yates, donde un funcionamiento silencioso es importante, cuando hay una demanda de un motor de baja velocidad, de salida constante de potencia, y sin sobrecargas.
Lo contrario sucede con el ciclo inverso de Stirling (de refrigeración), donde utilizando sustancias de trabajo como el helio o el hidrógeno han posibilitado temperaturas de hasta 10K. La misma empresa Philips tuvo éxito comercial con este ciclo en los años 70 del siglo que pasó.
Si tenemos que resumir las ventajas, podemos afirmar que:
1. Los gases en el interior de un motor Stirling no salen nunca del motor. No hay válvulas de escape para ventilar los gases de alta presión, como en los motores de gasolina o diesel, y no hay explosiones internas. De este modo, los motores Stirling son casi silenciosos.
2. El ciclo de Stirling utiliza una fuente de calor externa, que puede ser cualquiera desde sol, calor geotérmico, combustibles fósiles, calor producido por plantas en descomposición (biomasa), calor corporal, etc. Ninguna combustión se lleva a cabo dentro de los cilindros del motor.
3. El motor Stirling, trabajando en ciclo inverso, es altamente eficiente y por ende, aplicable a sistemas prácticos y económicos de refrigeración y criogenia.
El motor Stirling tiene tres variantes básicas:
Motor tipo “Alfa”: Que posee dos cilindros (uno para el foco frío y el foco caliente) ligados entre sí por un cigüeñal que permite una alta relación de potencia por unidad de volumen. El mecanismo es sencillo como puede apreciarse.
Motor tipo “Beta”: Que posee un solo cilindro para ambos focos de temperatura. Este es el motor original que patentara Roberto Stirling. Es un mecanismo complejo y voluminoso.
Motor tipo “Gamma”: Es similar al anterior, pero su mecanismo es más sencillo y su potencia de salida es inferior.
CONSTRUYAMOS NUESTRO MOTOR STIRLING CASERO:
No es difícil construir un motor Stirling para demostraciones en clase o experimentos de laboratorio. De todos los modelos que he encontrado, el más interesante para mí, tanto por la simplicidad, la funcionalidad de diseño y economía de materiales, es el descrito en el folleto de William Gurstelle: “Two can Stirling engine” (motor Stirling de 2 cilindros, en inglés). Véase el esquema del motor en cuestión:
Los interesados pueden descargar (gratuitamente y sin ningún riesgo) el folleto en este enlace:
http://www.4shared.com/document/zImHLZG3/Making_a_Stirling_Engine.htmO una versión en español (aunque no tan ilustrativa):
No dudo de que la gente con imaginación y creatividad podrá hacer mucho más para perfeccionar este modelo en todo sentido, adaptando más material reciclado e incluso haciéndolo impulsar algún mecanismo sencillo y liviano. Cualquier comentario o inquietud (para constrir modelos experimentales o referencias teóricas) son bienvenidas en nuestra página de facebook. Y bien, ha sido éste el artículo especial por aniversario del blog (recuerden que cumplimos dos años este mes). Espero haya sido del agrado de todos ustedes, queridos lectores y seguidores (nuevos y antiguos). Hasta el mes que viene. Un abrazo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
• INTEGRATION OF ALTERNATIVE SOURCES OF ENERGY - Felix A. Farret / M. Godoy S. - IEEE Press / John Wiley & Sons – 2006.
• EL MOTOR STIRLING, DISEÑO, CONSTRUCCIÓN Y ANÁLISIS EXPERIMENTAL - Carlos Llave / Pablo Clausó / Eduardo Montellanes / Carlos Martinez Abarca - I.E.S. Leonardo Da Vinci – 2010.
• Figuras y animaciones:
http://auto.howstuffworks.com/stirling-engine.htm http://en.wikipedia.org/wiki/Stirling_engine http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/academic/kiriki/begin/general.html http://electron9.phys.utk.edu/phys136d/modules/m3/m3ex1.htm
