Tema: motor stirling

Hola a todos, me presento en el foro.

Estoy pensando en la construcción de un motor solar casero, dotado de un colector que enfoque los rayos solares en un punto en el que colocaría un motor Stirling. He estado buscando por internet y solo encuentro a la venta motores Stirling de jugete. Quisiera saber si alguien conoce de donde puede adquirirse uno pequeño pero que pudiese servir por ejemplo para generar electricidad.

Muchas gracias de antemano y perdón si he dicho alguna barbaridad.

Hola Cesio, sé que este motor ha sido investigado por diversas firmas mundiales a nivel experiemental, no creo que te sea fácil encontrar uno.

Tampoco sé si el ciclo termodinámico sería viable, supongo que estarás pensando en poner en colectores de concentración ya que una motor térmico ha de funcionar con elevada presión y temperatura para lograr un rendimiento aceptable.

Como supongo que estás pensando en ello de forma experimental, ¿has pensado en utilizar una turbina? De ellas existe una amplia oferta, en diverso rango de potencias. Las turbinas de vapor trabajan en unas condiciones de admisión genéricas de 350ºC-600ºC y de unos 10 bares en adelante....

Se que existen motores sitrling pequeños que no son juguetes, se utilizan en enseñanza como banco experimental para prácticas en universidades, pero valen muchísimo dinero.

En este link puedes ver como hacerte el tuyo de juguete propio:

http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/english/mk_can.htm

Gracias por vuestras respuestas mag y parapa, la página del motor ese ya la conocía aunque no lo he construido aún tengo pensado hacerlo.
Por otra parte el sistema que estoy buscando sería un estilo al siguiente estirling casero:

http://windstuffnow.com/main/stirling_generator.htm

El problema es que aparte de que no aporta mucha información sobre los pasos que ha seguido el autor en la construcción del mismo, probablemente las piezas se las haya hecho él mismo, cosa a la que no tengo acceso por no disponer ni de máquinas mecanizadorasa ni de experiencia en su uso.

Respecto a otros tipos de motores, creeis que sería posible conseguir de forma relativamente barata y casera conseguir mediante concentración solar, vapor en las condiciones que das Mag.

Como a todos los que nos apasiona este tipo de motor supongo que ya habras leido esta WEB de la planta solar de Almeria

http://www.psa.es/webesp/instalaciones/discos.html

No es que te den informacion,. pero si puedes aprovechar y visitar las instalaciones y preguntar por la empresas que llevan estos motores. Creo que estan a nivel de prototipos pero no cuesta nda preguntarlo. DEsle luego en USA si que tienen concentradores solares con motor stirling y producen energia que venden a la red.. Creo que la planta se llama sandia a algo asi,

http://www1.eere.energy.gov/solar/csp.htm

en todo caso puedes enviar un mail a ver que te responden. En USA todo se vende y se compra..Pruebalo

Saludos.....

Mira esta página, tienen kits simples, modelos de exposición y mucha información:

http://www.stirlingengine.com/

Su modelo "taza de cafe" es gracioso.

Saludos

Yo me hice uno!!!!
No lo podía creer cuando lo ví funcionar.
Claro que es un modelo de baja diferencia de temperatura muy modesto. Pero funciona.
Ahora estoy pensando en perfeccionarlo, me haré otros de "juguete" para seguir experimentando y luego pasaré a algo más grande...

Pues yo ya llevo tres intentos y tres abortos. No es tan facil hacerse un motor stirling como se cuenta por aqui. En mi humilde opinion, lo peor es encontrar buenos juegos de cilindro y piston.

internete
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PD: Lo mas que he conseguido son un par de decenas de pistonadas, pero al final se para. Y estoy casi convencido que he hecho mas numeros que muchos sobre el particular... (Ecuaciones de los gases, formas, dimensiones y pesos de las cavidades y pistones, volante de inercia, transferencias de calor, etc)

No es facil, no. Doy fe. Y tambien mi enhorabuena a los que lo han conseguido.

Bueno, te comento que lo que yo hice fue un motor de "juguete", solo con fin de verlo funcionar y que no produce mucho trabajo. Con este esperaba aprender un poco y demostrarme a mi mismo que no era imposible...
Tuve un par de intentos y la idea era justamente equivocarme para poder aprender de mis errores.
Mi motor es el clasico LTD que funciona con el calor de la palma de la mano, salvo que el mio por ahora necesita mayores diferencias de temperatura para funcionar.
Los "secretos" que pude obtener de mis errores fueron los siguientes:
El piston motor, conviene hacerlo más bien corto y gordo que largo y fino. Cuando lo haces corto el brazo de palanca debe hacer mas fuerza, pero también tienes mayor fuerza por haber aumentado la sección del pistón, así que los dos efectos se compensan, por otro lado al ser menor el recorrido, se reducen las velocidades y la fricción.
Por otro lado encontré que es muy importante que el desplazador llegue lo más cerca posible a ambos extremos (de manera que apantalle mejor la fuente de calor y la de frio). En mi caso directamente se apoya en ambas caras alternativamente, algo que debo arreglar porque frena un poco el movimiento. Creo que voy a seguir dejando que toque ambas caras en los fines de carrera pero voy a agregar algún elemento elástico en la biela del desplazador para absorber y devolver la energía mecánica en ambas zonas. Quizas lo bueno sería poner un elemento sumamente elástico de forma que el movimiento en lugar de ser senoidal fuera casi cuadrado, es decir, de forma que el desplazador se mantenga casi la mitad del tiempo apoyado en una cara y la otra mitad en la otra. Creo que eso se acercaría más a un ciclo de Carnot.
Es muy importante balancear el motor. contrapeso del lado opuesto al piston y contrapeso del lado opuesto al desplazador.
En mi caso el motor hacía mucha mas fuerza en el hemiciclo de alta presion que en el de baja. Por lo que le agregue un desbalanceo intensional para que en el ciclo de baja presion hiciera fuerza el contrapeso por gravedad.
Es muy importante que el cilindro con el desplazador tenga la pared lateral de un material aislante térmico. en mi caso usé cartapesta, aunque no lo creas (un monton de capas de papel de periodico pegadas con cola vinilica) queda como una especie de madera bastante resistente.
Revisar muy bien la hermeticidad. Usar silicona para las juntas.
El cilindro motor no debe ser de aluminio. Es algo que leí por ahí. Originalmente lo hice en aluminio y no funciono. Parece que se crea como una especie de residuo sobre sus paredes que aumenta la friccion.
Así es que debe ser de bronce. Yo usé un caño de latón (creo que es lo mismo que el bronce).
El piston, ahora sí. debia ser hermético y con poco rozamiento, como iba a lograr eso sin herramientas?????
solución:
Piston de epoxy!!!!!
Se limpia y pule bien el caño de latón por dentro.
se pinta con grasa por dentro
se llena con masilla epoxy.
se espera el fraguado.
al fraguar el epoxy queda de forma cilíndrica, de la medida justa y muy resistente.
yo lo retiré y le pasé un papel de lija muy fino, apenas para eliminar algún resto.
Otra cosa a tener en cuenta es que no se debe usar ningún tipo de lubricante en el pistón, porque al tratarse de algo tan pequeño, es más la energía que se pierde por viscosidad que la que se gana por la hermeticidad que se logra con el aceite.
una vez que está el pistón en el cilindro, debe caer por peso propio sin problema y si tapas con un dedo por debajo, el pistón debe mantenerse por la presión o tardar varios segundos en bajar.
Bueno, esto fue algo de lo que pude observar en mi motor, espero que te sirva para lo que quieres construir.

Si, todo lo que dices es correcto. Lo de las dimensiones del piston (mejor ancho y corto que largo y estrecho) se debe a que presion (maxima cuando el aire esta caliente segun la ecuacion de los gases PV=nRT) es fuerza por superficie, al aumentar la superficie aumenta la fuerza (al mismo volumen de piston). Las dimensiones de las camaras y la ecuacion de los gases es clave, porque la fuerza debe vencer al rozamiento del eje. Puesto que el cambio de volumen debe ser pequeño para que la presion aumente mucho (y con ella la fuerza), se puede optar por largo y estrecho o ancho y corto, pero esta segunda opcion es mejor, ya que la fuerza será: F=P*S (a igual presion, cuanta mas superficie, mas fuerza). El unico limite es que si tienes mucha fuerza y sacas mucho par, entonces el regimen de revoluciones disminuye, porque potencia es par por vueltas. Debe haber un punto de equilibrio idoneo entre par y revoluciones.

Los equilibrios, efectivamente son muy importantes tambien, por eso es importante tambien un buen volante de inercia (con compensaciones de pesos de los pistones y la biela, ademas), para mantener el movimiento lo mas regular posible. Casi se puede decir que cuanto mas volante de inercia, menos rozamiento (pues se oponen), y mejor resultado, aunque aqui el limite lo marca el propio peso del volante, que redondea el ciclo, pero añade rozamiento. Un buen calculo del volante es complicado y aun no lo tengo claro, pero es crucial. Lo que si que tengo claro, es que el volante, a igual peso, cuanto mas radio tenga mejor, porque mas inercia tendrá. Un volante grande, ande o no ande...

Es cierto que hay que apantallar lo mas posible la cara caliente y fria, pero lo de llegar a tocar con el desplazador me parece incorrecto, porque introduce fuerzas en el ciclo que se oponen a el. Puedes absorberlas con algun tipo de biela flexible, pero no creo que sea mejor que llegar a rozar pero sin apoyarse.

Efectivamente el cilindro desplazador debe estar hecho de un material mal conductor (el carton no es mala idea, yo probe con madera, con un desplazador en forma de prisma cuadrado en lugar de cilindrico, asi la camara del desplazador es un prisma casi plano, pero de paredes rectas que se pueden hacer con liston de madera).

Tambien es importantisimo lo de la silicona en las juntas, por supuesto. Pero lo que mas me ha gustado de tu modelo es lo del piston de fuerza hecho de epoxy... Corro inmediatamente a hacerme uno, a ver si de una vez consigo que funcione de forma estable... Llegue a pensar que la unica forma sería el mecanizado con torno, del que no dispongo.

No es descabellado conseguir un motor que de la potencia que haga falta. Solo es cuestion (por lo menos teoricamente) de que tenga las dimensiones adecuadas y este bien construido... ¡Siempre limitado por el rendimiento del Carnot, por supuesto!

Yo no descarto conseguir uno que me de un buen rendimiento a partir de agua caliente generada por cilindros parabolicos. No creo que llegue a Tc-Tf/Tc pero si me da un 15% de conversion de calor en electricidad (y esto se puede conseguir con agua a 90º contra agua a 20º, segun carnot: 19%), me doy con un canto en los dientes.

http://www.solarweb.net/forosolar/showthread.php?t=6448

internete
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Enhorabuena una vez mas por tu logro. No es facil, no.

Muy bien. Sí, creo que lo más importante fué lo del pistón de epoxy. Es adecuado para las temperaturas de trabajo y fácil de construir. Además, puede ocurrir como en mi caso, que el caño que conseguí no fuera hecho a torno sino por extrusión. A veces ocurre que no es perfectamente cilíndrico, entonces es muy dificil hacer un pistón que encaje. Pero al moldearlo dentro del propio cilindro esto no ocurre. Lo único con lo que debes tener cuidado en caso de que el caño no sea cilindrico es que el pistón siempre debe entrar en la misma posición en que fue moldeado para que no se "clave".
Igualmente insisto en que no es tanto problema hacer una biela elástica, porque antes de llegar al extremo, se tendrá una fuerza que se opone al movimiento, pero una vez pasado ese extremo, se tendrá la misma fuerza a favor. Suponiendo un muelle o resorte que sigue la ley de hooke. Y por otro lado. se usaría un resorte sumamente blando pues el desplazador es una pieza muy liviana y no necesita mucha fuerza para moverse. La idea de hacerlo de esta forma me surgió en un momento en el que estaba probando el motor con el desplazador sin vincular a la manivela, es decir, aplicaba calor y movia yo mismo a mano el desplazador. Yo movía de golpe el desplazador para un lado y el pistón hacía un semiciclo y cuando lo movía para el otro, el pistón hacía el otro semiciclo. Me pareció entonces que si lograba que el desplazador se moviera por si mismo de esa forma, el motor aprovecharía mejor la energía. Yo creo que una de las razones más importantes por las cuales el motor de Stirling se aleja del ciclo de carnot es justamente porque el movimiento del desplazador es senoidal. Por otro lado vi un par de diseños con bielas de desplazador hechas con alambre en "zig zag" (tipo resorte) y una filmación de un motor monopistón que arrancaba sin impulso inicial (selfstarting), en donde se escuchaba un "clic clic" que denotaba que había "saltos del desplazador" realizados bien con algún sistema elástico o magnético. Si vemos el diagrama de Carnot, vamos a ver dos discontinuidades muy claras. Si vemos el diagrama de un motor, aparece una elipse, formada por la composición de dos senoidales que intenta aproximarse a ese rendimiento pero nunca llega. Me inclino a pensar para lograr un mayor rendimiento, el secreto es dominar ese movimiento "discontinuo" del desplazador de alguna forma.

Pues si es cierto lo que dices. Si el apoyo del desplazador se opone al movimiento pero lo absorbe un muelle o algún tipo de enganche flexible, al recuperar nos devuelve la fuerza.

Y también es cierto lo del ciclo de Carnot, efectivamente el motor stirling hace una elipse suavizada sin esquinas. Puesto que el rendimiento depende del área de dicha elipse y el limite es el ciclo (con esquinas) de Carnot, entonces cuanto mas podamos
llevar la elipse a dichas esquinas, mejor rendimiento...

Sin embargo, yo creo que no hay que preocuparse demasiado del rendimiento (sin olvidarlo por supuesto), y pensar mas en la potencia, en el sentido de que con o sin esquinas, el rendimiento (entre focos con poco salto térmico) siempre va a ser
pequeño: Me da igual si saco un 0.17 o un 0.18 con 80 º o 90 ºC de dT. Lo que importa (a mi juicio) a nivel práctico es que se obtenga una potencia útil, con un rendimiento aceptable, aunque no sea óptimo, porque Sol sobra.

Ya sabes: ¡Lo mejor es enemigo de lo bueno!

Lo que si esta claro es que el desplazador debe dejar pasar el aire rápidamente, y ser muy mal conductor del calor. No se que material usas tu para el desplazador, yo estoy probando con madera de balsa taladrada y con mucha holgura con el cilindro. El tiempo que tarda en pasar el aire del lado caliente al frio (y viceversa) es importante que sea muy corto, para tener un amplio rango de régimen de revoluciones posibles.

No se si has probado a medir la potencia, poniendo en el eje unos imanes y alrededor unas bobinas de cobre esmaltado fijas, para sacar por fin la corriente (que es el objetivo, no nos olvidemos), es decir un "alternador integrado" en tu motor.

El alternador también puede servir (con la corriente alterna adecuada) como motor de arranque automatizado, ademas de como "monitor de potencia útil". Ya sabes: watios = voltios x amperios

Yo aun no he probado con la buena resina de epoxy para el pistón, pero es que ando fatal de tiempo. Estoy también recopilando todas las ecuaciones y formulas que se me ocurren que pueden ser útiles para diseñar motores stirling con las características que se deseen, cuando las tenga "un poco mas claras y limpias" las colgaré aquí para compartirlas con todos, especialmente contigo, a ver que opinas tu.

Eres muy minucioso y perfeccionista, SolarDish, justo lo que hace falta...

Me alegro mucho de tus éxitos y de conocerte. Espero que sigamos intercambiando experiencias enriquecedoras...

¡Animo!

internete
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PD: A ver si entre todos somos capaces de diseñar buenos motores stirling que puedan ponerse "en fase de explotación" (ya sabes, baratos, fáciles de construir, robustos, estables, duraderos, con buen rendimiento, listos para conectar y usar, etc)... Porque comerciales prácticamente no los hay, y el mercado no los demanda (aun solo somos cuatro locos los que estamos interesados). Por mi parte haré todo lo posible por encontrar y publicar libremente los planos y formulas (incluso los abortos) del motor de 1 Kw entre temperaturas de agua liquida, que es lo que a mi me gustaría que el mercado ofreciese, y de momento no ofrece. No se si es que pido peras al olmo (probablemente sea así, pero me resisto a admitirlo, porque la teoría no lo impide de ninguna manera)...


De todas formas estoy muy lejos de conseguirlo. Tanto que aun sigo dudando si dedicar mas esfuerzos a una turbina de vapor, mas sencilla de construir y hacer funcionar, aunque mas complicada de calcular (es un follón, comparada con el motor stirling)... Ademas del inconveniente de que tienes que obtener vapor del sol y esto tampoco es fácil...

El motor stirling tiene mucho mucho futuro. Cualquier pequeño avance significa una gran victoria para desengancharnos del petroleo: Un Watio limpio y renovable vale mas que un Megawatio sucio y perecedero.

(Ando también haciendo números para ver si es posible lograr ionización de un gas por calor, con el fin de acelerar los iones sobre un campo magnético fijo y producir así corriente eléctrica, pero de momento solo es una paja mental, aunque muy simpática y curiosa, porque esto ya no seria una maquina térmica y no tendría, en teoría, las limitaciones de Carnot, pero el tema es de mecánica estadística que conozco bien pero aun no lo suficientemente bien, un tal Saha tiene formulas interesantes sobre este "plasma", pero es un terreno muy inexplorado todavía... Yo lo llamo "El generador solar de plasma", y por si llegase a funcionar, lo declaro NO PATENTABLE: http://www.sinpetroleo.org/nopatente.htm )

Es así, correcto, si consideramos que el sol sobra, no hace falta preocuparnos por seguir el diagrama por las aristas exactamente. Sabemos que al mundo natural le gustan las cosas contínuas, las funciones diferenciables y derivables, las cosas que giran, los círculos y las elipses. Tratar de hacer algo discontínuo para optimizar va a traer muchos problemas de inercias y desgastes. Mas dolores de cabeza que satisfacciones. Igualmente creo que hay que considerarlo para el caso de máquinas que trabajen con poca diferencia de temperatura y bien lento. En alguna página leí de una máquina de Stirling solar con un cilindro desplazador de 3 metros cuadrados de base. la cual se ponía al sol sin concentradores. Era una máquina lenta y de baja presion, pero gracias a su tamaño daba una buena potencia. Creo que en ese tipo de máquinas sí vale la pena tratar de seguir las aristas del ciclo, porque al tener movimientos muy lentos es mas fácil mover el desplazador en forma "rápida" para ganar rendimiento.
Para el caso de una máquina de 600rpm o más, en el centro de un concentrador, no tiene sentido.
El desplazador en mi caso lo hice de Telgopor, así se llama en argentina al foam usado para los vasos de helados (creo que es espuma de pliuretano pero no estoy seguro)
Igualmente creo que la balsa es una mejor opción porque soporta más temperatura. Con respecto a taladrarlo o dejarlo bien holgado, no fue mi caso. En realidad, en un principio lo hice con mucho espacio hacia las paredes, pero en mi segunda versión, achiqué ese margen. Es que como es un motor de baja diferencia, el desplazador tiene mucho diametro. Piensa lo siguiente, el cilindro motor tiene un diametro determinado, la conexión entre este y el cilindro desplazador debe ofrecer la menor resistencia posible al paso de aire, esto es, debe ser igual de ancha que el propio pistón, para que el aire se mueva libremente sin pasar por angostamientos. He observado que en muchos motores esto no se respeta y a mi me parece fundamental. Igual recordemos que el rozamiento del aire es aproximadamente proporcional a su velocidad así que para máquinas lentas no influye mucho. Pero por más que el rendimiento que se gane sea pequeño, todo suma. Entonces, yo pensé de la siguiente manera: lo importante para que el aire se mueva bien es que a medida que se mueve, el area transversal del conducto por el que se mueve no sea menor que el area del pistón. No se si me sigues hasta ahí, lo mío es pura intuición.
Pero de esta forma determino lo siguiente: La luz (el anillo que queda entre el desplazador y paredes, más la suma de los agujeros en tu caso) debe tener la misma área transversal que el pistón motor. Si lo hago más chico, habrá un angostamiento para el flujo de aire, si lo haces más grande, de nada te servirá pues el cuello de botella estará en el pistón, pero estarás desaprovechando la propiedad del desplazador de aislar las dos zonas. En definitiva, como el diametro del desplazador es enorme en comparación con el piston, entonces la luz debe ser pequeña

Mis planes no fueron tan grandes por el momento. Lo que yo hice fue algo muy modesto, solo para pruebas, ni siquiera tenía intenciones de medir, más que con mis propios sentidos. Pero sí, en un futuro me interesaría obtener algo de alto rendimiento para aprovechar la energía del sol y usarla. Voy a comenzar haciendo un motor para funcionar con una llama directa, para esto creo que voy a utilizar un desplazador de cerámica, pero todavía no comencé a hacer ningún plano.
Con respecto al gas ionizado, creo que te refieres a un generador magneto hidro dinámico (MHD). Se ha utilizado en embarcaciones solo en forma experimental pues no ha tenido muy buen desempeño. En el caso de fluidos líquidos, al aplicar corriente contínua entre los electrodos, se produce hidrólisis y corrosión. Para evitar esto, se usa corriente alterna de alta frecuencia, pero creo que igualmente todavía no funcionan demasiado bien. Lo que sí he leido es que aparentemente, si el fluído es un plasma, se pueden obtener buenos rendimientos. Estaban investigando la posibilidad de utilizarlo en centrales atómicas. No sé si en la actualidad se utiliza.

Hola Solar Dish:

He encontrado en un viejo libro de termodinamica una formula curiosa, que pienso que se puede usar para calcular la potencia de un motor stirling entre focos a temperatura constante. Es una formula derivada de estudios de mecanica estadistica clasica complicados, pero asequibles, sobre el movimiento estadistico molecular y su reflejo en las magnitudes macroscopicas.

La formula indica la cantidad (volumen) de gas encerrado que sale por un orificio por unidad de tiempo, pero puede usarse igualmente para calcular la cantidad de gas que choca contra la placa caliente.

dV
--- = S * sqrt(R*T/2*PI*M)
dt

Siendo: dV/dt el volumen en m3 que sale por segundo, por un orificio de superficie S (m2), cuando el gas está a temperatura T (ºK) y tiene una masa M por mol. R es la constante universal de los gases, y PI es la constante circular (3.14...)

Es curioso que la cantidad que sale (o choca en nuestro caso con la placa caliente) no dependa de la presion, aunque si de la masa molecular y la temperatura.

Esto permite calcular cuanto volumen de aire se calienta por segundo al chocar contra la placa caliente. La masa molar el aire es 0.0288 Kg/mol, y la constante R en sistema internacional es de: 8.314472 Kg m2 / K mol s2

A temperatura ambiente (298 ºK) salen 117 m3/s de aire por cada m2 de superficie de la placa.

Con esta formula, y la de los gases perfectos PV=nRT, se puede obtener la potencia del motor stirling con la siguiente expresion:

----------------------------------------
Pot = 19890 * DT * Vp * S / V (watios)
----------------------------------------

Siendo DT el salto termico entre las placas, Vp el volumen del cilindro de potencia (m3), V el volumen total (que es el del cilindro de desplazamiento, menos el del piston desplazador, mas la mitad del cilindro de potencia, tambien en m3), y S (en m2) es la superficie de contacto con el foco caliente. El resultado sale en watios. DT se puede dar en ºC o ºK, por supuesto.

El factor 19890 es el resultado de usar la formula de escape por orificio, y el calculo de n a temperatura ambiente. Usando todas las cantidades en sistema internacional de unidades.

Con esta formula y un salto termico pequeño de 65 ºK (Tf=298 K y Tc=363 K), un volumen de un litro, un volumen de cilindro de potencia de 0.1 litros, y una superficie de placas de 1 dm2, se tiene una potencia aproximada de 1.2 Kw

No se si todo es correcto, lo he repasado varias veces pero aun asi me parece mucha potencia. He tenido en cuenta la Tf para el calculo del "escape por orificio, o ritmo de calentamiento", y la ley de los gases para calcular la diferencia de presion:

DP = n*R*DT / V

Asi como esta para el calculo del par (ya que P = F / S --> F = P*S) y este resulta:

Par = Fuerza * Brazo = DP * Sp * Cp/2 = DP * Vp / 2

Siendo Sp la superficie del piston de potencia y Cp su carrera. La potencia final se calcula como Pot = Par * Vueltas, siendo estas ultimas las que se sacan de la formula del orificio.

Revisalo si quieres y me dices si ves algun pufo. Es curioso que el par no depende de la forma del cilindro de potencia, sino solo de su volumen (en contra de lo que pensabamos en anteriores comentarios).

Tambien es curioso que la potencia, asi calculada, dependa de la relacion entre Vp*S/V, lo cual indica que los motores con mucha S, mucho Vp y poco V (es decir los chatos y anchos con mucho piston de potencia) son los mas potentes para el mismo DT.



Saludos

internete
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Hola a todos. Soy nuevo en el foro y me gustaría exponer algunas ideas sobre el Stirling y otras alternativas.
Creo que el objetivo de muchos de nosotros es realizar una pequeña central de energía de unos pocos kilowatios y si los resultados son buenos, llegar a los 50 kilowatios (un sueño). Para que la energía solar termoeléctrica pueda desarrollarse y tenga cierta importancia entre las energías alternativas no podemos quedarnos entre juguetes ni con curiosidades de 200 watios que no tengan perspectivas de ampliación de potencia. Las grandes centrales con turbinas se escapan de nuestras posibilidades y los motores Stirling carísimos también.
En principio el Stirling parece una opción adecuada, que nos ha seducido a todos por su sencillez aparente y por su alto rendimiento teórico (que dicho sea de paso es falso). He pensado mucho sobre este motor con objeto de mejorarlo pero en este momento me doy por vencido. Las pocas soluciones comerciales desarrolladas no tienen nada de sencillas y los altos rendimientos se han conseguido a costa de altas temperaturas de ciclo mas que por las caracteristicas del motor en si. ¿Qué queda de ese motor maravilloso?
¿Existen alternativas?
Pienso que una alternativa podría ser un motor de pistón que tenga un ciclo Brayton o similar. El hecho de tener tramos de presión constante permite separar el compresor del motor. El compresor ya está hecho: sólo hay que elegir un compresor comercial. El motor es un poco mas complicado.
Con unas temperaturas máximas del orden de 300º C obtenidas de un receptor cilíndrico parabólico se pueden conseguir rendimientos aceptables. Prefiero las soluciones realizables y que funcionan (espero) mejor que las soluciones maravillosas y problemáticas que no funcionan.

Pienso que el motor de combustion interna también tiene un rendimiento pésimo. Sin embargo se han realizado millones de mejoras durante todo el siglo 20 y lo que va del 21 y se sígue justificando su uso.
No veo por qué debamos dejar de investigar sobre el tema motor Stirling. Hay mucha gente en el mundo preocupada por la energía. Pienso que podemos atacar por muchos frentes. Quizás por este lado sea un fracaso. Pero si vamos a avandonar cada idea buena que aparece en el mundo solo porque nos "parece" que no va a funcionar, vamos mal.
No es que defienda al motor stirling como lo mejor del mundo pero pienso que vale la pena seguir investigándolo, por lo menos yo le voy a dedicar mi tiempo, al menos la teoría favorece al motor stirling. Yo (y creo que la mayoría de los de aqui) no tengo la capacidad de hacer un desarrollo a gran escala, por lo tanto lo único que puedo hacer son pruebas de "laboratorio". Nadie de aquí es científico, solo somos un grupo de apasionados tratando de buscar o entender los secretos de la naturaleza, de "encontrarle la vuelta" al mundo. Ojala pudiera salir de aquí algo revolucionario.
En este caso estamos hablando de tratar de mejorar un motor stirling, solo para ver si podemos implementarlo con nuestros recursos.
Podrías abrir un tema nuevo sobre tu alternativa. Yo seguiré hablando de motor stirling. Y la idea no es solo hablar sino hacer, y el stirling es accesible.
El "alto rendimiento teórico" no es solo teórico. Al menos se está tratando de que sea práctico. Se han construido sistemas con dísco y motor stirling con un 30% de rendimiento de conversión de energía solar a eléctrica. Eso no es poco. Los paneles fotovoltaicos solo llegan a un 15%. El motor que inicialmente tenía como limitante el hecho de tener poca relación peso potencia, ya no está tan limitado. El secreto era sellar todo el conjunto y presurizarlo. Así la nasa comenzó a interesarse por los motores stirling para el espacio. Global cooling fabrica motores de piston libre de alto rendimiento usados para refrigerar, son tan eficientes que se utilizan para heladeras portátiles que funcionan a baterías. Como en el caso de las colenmann. Se llegó a diseñar y probar un coche con motor stirling en la época de la crísis del petróleo, el cual tenía un motor de 60KW y 38,5% de rendimiento y gastaba un 30% menos de combustible que el de sus pares de combustion interna (y estamos hablando de un desarrollo de 1971) (ver informe DOE/NASA/0032-34, NASA CR-19780, MTI Report 91TR15).
Dean Kamen, invenor más reconocido de los últimos tiempos por desarrollos como la bomba casera de insulina y máquina de diálisis portátil, el chip "biológico" implantable, El Segway, la silla de ruedas que mantiene el equilibrio y sube escaleras, brazos artificiales de última tecnología y otros. Ha desarrollado un motor stirling que puede funcionar quemando estiercol de vaca para energizar una pequeña aldea y a la vez potabiliza agua con un alto grado de contaminación. Por otro lado lleva 10 años y 40 millones de dólares invertidos en un motor stirling para un coche híbrido que funciona con una amplia gama de combustibles, e incluso recuperaría energía del calor producido por el propio motor eléctrico.
Ahora me preguntas: Deseas Abandonar?
Obviamente no.

De acuerdo casi en la totalidad con Solar Dish, excepto en lo de "no somos cientificos".

Yo estudié Ciencias Fisicas en la Universidad Complutense de Madrid.

No soy profesional, porque no me gano la vida con la fisica (excepto por algunas clases particulares a alumnos de bachillerato que doy en ratos libres). Soy un simple cientifico aficionado, pero se muy bien lo que digo. Me repugna usar el "argumento de autoridad",
y por eso no suelo hablar de mis estudios formales.

Prefiero sacar mis formulas y calculos para debatirlos y contrastarlos: Siempre puedo equivocarme, como cualquiera. Y cuatro ojos (o dieciseis) siempre ven mas que dos.

Sin embargo, sobre lo que digo de "calcular la potencia del motor stirling" por razonamientos de mecanica estadistica (plenamente contrastada y que explica todos los resultados clasicos de la termodinamica, basandose simplemente en el movimiento molecular estadistico), estoy "bastante convencido", sin llegar a descartar algun error de planteamiento, que de momento (y despues de darle muchas, muchas vueltas) no vislumbro por ningun lado. Tendre que darle mas vueltas, porque me encanta descubrir que me equivoco, ya que asi es como mas aprendo...

Siguiendo con el modelo de "choque molecular contra la placa caliente de la formula de salida de un gas por un orificio", acabo de encontrar que es perfectamente compatible con el rendimiento maximo teorico de carnot.

En mi modelo de motor stirling de V=1 litro, S=1 dm2 de superficie de placas y Vp=0.1 litros de cilindro de potencia, la cantidad de calor cedida del foco caliente al frio por unidad de tiempo (calculada como la masa de aire que se calienta y se enfria por unidad de tiempo) resulta ser de unos 90 Kw, con lo que el rendimiento es de 1.2/90=0.0133, perfectamente dentro del limite de carnot: DT/Tc = 65/363 = 0.17

Cierto es que no he considerado para nada los rozamientos, y que he supuesto que se pueden mantener las temperaturas de los focos perfectamente fijas (cosa imposible a no ser con focos con una masa espectacular), pero el caso es que el calculo parece funcionar dentro de lo admisible.

internete
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PD: Con este rendimiento mierdero de 0.0133, hay que echar toneladas de sol para sacar el kilowatio de marras, pero esto no es lo importante... Ademas, ya sospecho porque los motores reales tienen un rendimiento mucho mejor: Hay una curva de distribucion de velocidades moleculares dada cierta temperatura (distribucion de Maxwell) que no he tenido en cuenta y que me parece que permitiria obtener un modelo mucho mas fino y acorde con la realidad, que insisto es mucho mejor (en rendimiento, aunque no se si en potencia) que mi calculo.

Como diria un famoso payaso de la tele "Estamos trabajando en ello..."

Mi conclusion actual es: El rendimiento y la potencia de un motor Stirling se pueden calcular, o por lo menos modelizar, sin tener que construirlo y medirlo. Lo cual no significa que no haya que construirlos y medirlos. Mas bien todo lo contrario...

Quizás no se entendió bien lo que quise decir. En realidad a lo que me refería es a que no somos un grupo de científicos trabajando codo a codo en un proyecto full time sino que hay gente de variadas procedencias y nadie pide el curriculum para ingresar aquí. Más bien lo que importa es la voluntad de hacer cosas, aprender, equivocarse etc. Y que al no estar trabajando realmente en un grupo sobre un proyecto específico, se hace mucho más dificil concretarlo pues cada uno debe hacer su mini proyecto por su cuenta.
Yo prefiero no mencionar mis estudios, lo que importa es lo que estamos "estudiando ahora". Nunca tuve una materia en la que se viera termodinámica en profundidad, así que ahora estoy tratando de aprender algo, no me alcanza el tiempo pues estoy en una etapa bastante complicada.
Alguna vez leí algo sobre el enfoque estadístico de las partículas con movimiento browniano chocando con una placa. Pero en realidad los estudios y cálculos que ví sobre el motor stirling eran todos desde un punto de vista más clásico PV = nRT etc.
Como no conozco casi nada de termodinámica no entiendo bien esa frase (o ecuación) que dice que el rendimiento es mayor cuando la diferencia de temperaturas es mayor. A simple vista parecería obvio, pero yo no le encuentro sentido. Debo ponerme a leer o esperar que alguien me lo explique y se vea intuitivamente.

Si lo que te preocupa es calcular un motor stirling antes de armarlo, eso ya está resuelto. Aquí te paso una página en la que hay una calculadora en donde introduces las dimensiones y temperaturas y te devuelve la potencia y el rendimiento.

http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/a...le/simplee.htm

Supongo que los resultados que arroja deben ser bastante aproximados. Con que tengan un 10% de error cualquiera de nosotros debería conformarse. No sé si tiene sentido darle tantas vueltas a algo que ya se usa y esta probado, supongo que los que diseñan motores stirling usan cálculos bien conocidos y obtienen resultados que se condicen con esos cálculos. Se les puede dar otro enfoque pero llegaremos a los mismos resultados.
Pudiste hacer el pistón de epoxy?