Usos Modernos de los Motores Stirling
Sus Aplicaciones Prácticas en la actualidad
Un motor de central combinada de calor y energía, fabricado por Wudag en Alemania. Los motores Stirling son verdes y las chimeneas azules.
Probablemente te estés diciendo algo como esto: «Si los motores Stirling son tan geniales, ¿para qué se usan hoy en día?»
Los usos actuales de los motores Stirling van desde juguetes y ventiladores de estufa de leña hasta plantas combinadas de calor y energía para empresas, hasta alimentar los submarinos más silenciosos y mortíferos de los mares.
¿Qué Usos se incluyen en este Artículo?
Esta página SOLO incluye motores Stirling que son productos fácilmente disponibles. No incluye proyectos de investigación ni motores Stirling históricos.
También he escrito acerca de por qué algunos usos específicos de los motores Stirling, como los motores para su automóvil y los eficientes motores solares Stirling, no es probable que se pongan de moda.
Haga clic o toque en los enlaces de abajo para ir a esa sección:
- Juguetes
- Herramientas de enseñanza
- Ventiladores de estufa de leña
- Calor y electricidad combinados
- Ejemplo de impresión 3D en frío
- Energía submarina
- Aire Acondicionado y Refrigeración
- Criocoolers
- Bienestar para Científicos e Ingenieros
- Estafas de inversión
- Motores Stirling para automóviles – Nunca
- Generadores de Energía Solar – Eficientes y Caros
- Motores Stirling de Energía Nuclear en el Espacio Profundo
Juguetes
Los juguetes de motor Stirling pueden ser encantadores y esto ha sido cierto desde entonces desde que Robert Stirling los inventó.
Todavía hay juguetes antiguos de motores Stirling que se construyeron poco después de que Robert Stirling inventara el motor.
Motor Stirling Antiguo Existente Más Antiguo
Un juguete antiguo modelo de motor Stirling, alrededor de 1910.
Normalmente, funcionan con una llama de alcohol y hay miles de variaciones de diseños de motores posibles.
Mis favoritos personales desde un punto de vista visual son los que solo tienen muchas partes móviles.
Juguetes de diferencia de baja temperatura
También soy un gran fan de los motores Stirling de diferencia de baja temperatura que pueden funcionar con el calor de una taza de agua caliente o con el calor de su mano.
Motor Eco Power Stirling
Los precios comienzan alrededor de $30 y suben a la cantidad que desee pagar.
Herramientas de enseñanza
Los motores Stirling Ayudan a involucrar a los estudiantes de una manera segura
MM-7 Motor Stirling
Los motores Stirling tienen un lugar especial en las aulas universitarias y escolares.
Esto es especialmente cierto para los motores Stirling de baja temperatura que pueden funcionar sin llenar su aula con humos de monóxido de carbono.
Ver un motor funcionar al calor de una taza de agua caliente o al calor de tu mano es algo inspirador. Estos motores atraen a los estudiantes de ciencias e ingeniería a un interés y comprensión más profundos de todos los tipos de motores.
Los laboratorios de física e ingeniería pueden beneficiarse especialmente de un motor de laboratorio Stirling instrumentado que puede funcionar sin una campana extractora y sin riesgo de fugas de monóxido de carbono.
Ventiladores de estufa de leña
Uno de los grandes problemas con el uso de una estufa de leña para calentar una casa es que generalmente estará demasiado caliente cerca de la estufa, mientras que otras partes de la habitación estarán demasiado frías.
Obviamente, necesita una forma de mover el aire alrededor de la casa y, en algunos casos, usará la estufa de leña en un área donde no hay electricidad disponible o simplemente no desea usarla por alguna razón.
Ahí es donde brillan los ventiladores de estufa de leña del motor Stirling. Tenemos una página detallada sobre abanicos Stirling antiguos y modernos que puede disfrutar.
Mueva el aire Sin electricidad
Puede comprar ventiladores de estufa de leña para mover el aire suavemente por la habitación sin electricidad.
Simplemente coloque el ventilador en la parte superior de la estufa de leña, espere a que se caliente, gire las aspas del ventilador y tendrá un ventilador que mueve el aire suave y silenciosamente por la habitación.
No espere que esto mueva el aire como lo haría un ventilador eléctrico fuerte. Pero si tiene una estufa de leña y está leyendo esto, puede disfrutar de usar un ventilador de motor Stirling para que la temperatura en su habitación sea más uniforme.
Producción combinada de calor y electricidad
Un Motor combinado de Calor y Energía en el hogar, fabricado por Ökofen1
Uno de los problemas con todos los tipos de motor es que no son lo suficientemente eficientes. Cada vez que un motor tiene gases calientes que salen del tubo de escape, ese flujo de escape caliente es energía que pagaste, pero no llegaste a usar.
Pero, ¿qué pasaría si pudiera configurar un motor para que estuviera haciendo dos cosas que eran valiosas para usted al mismo tiempo? Por ejemplo, generar electricidad y también hacer agua caliente para calentar su casa.
Hay varias empresas con productos en el mercado hoy en día que producen electricidad y también generan agua caliente para su uso en la calefacción de hogares y edificios o en las necesidades de agua caliente doméstica o comercial.
Puede disfrutar leyendo sobre nuestros motores combinados de Calor y Electricidad recomendados.
Ejemplo de impresión 3D genial
Cuando las impresoras 3D estuvieron disponibles por primera vez, inmediatamente me di cuenta de que podían usarse para construir un motor Stirling. Mucha gente también lo hizo.
La única pregunta era ¿cuánto del motor se podía imprimir realmente? Obviamente, lo más interesante y lo más difícil de hacer sería imprimir todo el motor sin necesidad de piezas no impresas.
Motores parcialmente impresos
Los primeros motores Stirling impresos que vi solo estaban parcialmente impresos.
Utilizaron rodamientos de bolas para el volante de inercia y algunas piezas metálicas junto con un pistón de grafito muy resbaladizo de la marca Airpot que funciona en un cilindro de vidrio.
Había muchos componentes caros comprados en los primeros motores Stirling impresos en 3D.
Sabía que sería mucho más interesante si alguien pudiera encontrar una manera de imprimir todo el motor.
También pasé mucho tiempo desarrollando mis propios motores Stirling impresos en 3D. No fue fácil.
El Ejemplo de Impresión 3D Más Genial De La Historia
Un motor Stirling totalmente impreso en 3D desarrollado por Don Clucas.
Afortunadamente, Don Clucas de Christ Church, Nueva Zelanda, descubrió cómo imprimir un motor Stirling completo sin usar ningún componente comprado.
Don había diseñado previamente el motor Stirling de calor y potencia combinados Whispergen, por lo que era un experimentado diseñador de motores Stirling y descubrir cómo imprimir un motor Stirling completo sin tener que comprar componentes adicionales fue casi milagroso.
Imprimir un motor para cada estudiante
Ahora, si su escuela tiene una impresora 3D y desea experimentar en el aula con los motores Stirling, simplemente puede imprimir uno para cada estudiante de la clase.
Eso es mucho más interesante que tener solo unos pocos motores para que los estudiantes los vean.
La solución de Don para el Problema del pistón Imprimible
La parte difícil de imprimir un motor Stirling 3D completo es el pistón. Las impresoras actuales no le permiten imprimir un pistón de diámetro pequeño con la precisión suficiente para que funcione.
La solución de Don fue imprimir un pistón que funciona como un fuelle. En la imagen de arriba, el pistón es blanco. Su sitio web se llama Proyectos para imprimir y hay un enlace a él aquí desde nuestra página de enlaces de Stirling engine.
Potencia Submarina
Potencia Submarina – Propulsión Independiente del Aire
La Armada de los Estados Unidos contrató submarinos de diseño sueco, fabricados por SAAB (anteriormente Kockums) para participar en juegos de guerra. Sus submarinos silenciosos, que utilizan motores Stirling, resultaron «mortales» en la simulación.
Los motores Stirling sobresalen en cualquier aplicación en la que la gente le da un valor muy alto al silencio.
Dado que los motores Stirling se pueden construir para ser esencialmente silenciosos, son una combinación natural para alimentar submarinos.
El constructor de submarinos sueco SAAB (anteriormente Kockums) añadió un motor Stirling a sus clases de submarinos Gotland y Södermanland.
Diesel + Baterías + Stirling
El motor Stirling SAAB utiliza para los submarinos suecos de la clase Gotland.
Estos submarinos utilizan lo que se denomina propulsión independiente del aire para que puedan permanecer sumergidos en plena capacidad operativa hasta varias semanas.
Son esencialmente submarinos diésel-eléctricos que simplemente pueden extender su tiempo de funcionamiento (hasta dos semanas) con el motor Stirling recargando las baterías.
Los motores Stirling también impulsan el submarino japonés clase Soryu y se rumorea que propulsan algunos nuevos submarinos chinos2.
Aire acondicionado
No es obvio de inmediato cuando se mira un motor Stirling, pero cada motor Stirling se puede convertir en una bomba de calor al conectar un motor eléctrico al eje de salida y hacer funcionar el motor eléctrico.
Por supuesto, los motores Stirling de baja diferencia de temperatura, que fueron diseñados para funcionar con pequeñas diferencias de temperatura, solo producirán pequeñas diferencias de temperatura cuando son operados por un motor.
Así que no intente hacer esto con un motor Stirling de baja diferencia de temperatura.
Pruebe a conducir un motor calentado por llama
Pero, si conecta un motor eléctrico al eje de salida de cualquier motor Stirling diseñado para funcionar con diferencias de temperatura más altas, y hace funcionar el motor eléctrico, un lado se calentará y el otro se enfriará.
Puedes hacer esto incluso con modelos muy simples, así que pruébalo.
Los motores Stirling Se Pueden Utilizar como acondicionadores de aire
Obviamente, los enfriadores especialmente diseñados funcionarán mejor que los motores que se han convertido en enfriadores.
Si desea construir uno para acondicionar el aire de una casa, competirá contra una tecnología de enfriamiento de ciclo de vapor bien establecida que se ha reducido en precio a lo largo de muchas generaciones de fabricación.
Por lo tanto, dado que la mayoría de las personas toman sus decisiones de compra de refrigeradores y acondicionadores de aire nuevos en gran medida en función del precio de compra inicial y dado que un nuevo acondicionador de aire con motor Stirling probablemente sería inicialmente más caro, esta no es una aplicación que probablemente verá en uso amplio en el corto plazo.
Pero se han construido acondicionadores de aire y refrigeradores con motor Stirling.
Pero donde la tecnología de ciclo Stirling realmente brilla es donde otras tecnologías no pueden competir fácilmente, por ejemplo, en criocoolers.
Criocoolers
Un criocooler fabricado por Janis3 utilizado en gas de intercambio estático.
Si desea lograr temperaturas muy frías para la electrónica de refrigeración para lograr superconductividad o para fines de investigación, los motores Stirling que han sido diseñados específicamente para ser refrigeradores son una excelente opción.
Refrigeradores como este se desarrollaron originalmente en Phillips Electronics en la década de 1950 y continúan vendiéndose y utilizándose hoy en día.
Si necesita uno para sus aplicaciones industriales, están disponibles.
Los enfriadores Stirling de dos etapas pueden producir temperaturas de hasta 20 grados Kelvin, lo suficientemente frías como para licuar hidrógeno y neón.
Bienestar para Científicos e Ingenieros
En este tema, parece que no estoy hablando en serio, pero realmente lo estoy.
Una cierta cantidad del presupuesto de investigación del gobierno se gasta cada año en proyectos de desarrollo de nuevas tecnologías. Es una cuestión de orden público.
En los muchos años que he estado interesado en los motores Stirling, he visto a personas solicitar y recibir subvenciones de investigación del gobierno para desarrollar motores Stirling.
¿Por qué es un problema?
El problema con esta investigación financiada por el gobierno es que rara vez resulta en nuevos productos para que la gente los compre. Los productos a menudo se diseñan con un alto nivel de eficiencia, complejidad y costo, lo que hace que sea imposible producirlos y venderlos comercialmente.
Tomemos la empresa Sunpower de Athens, Ohio, por ejemplo.
Han desarrollado muchos productos interesantes a lo largo de los años, pero intenta encontrar cualquiera de ellos en el mercado hoy en día. Realmente no puedes.
El Cliente es la Próxima Subvención de Investigación del Gobierno
Sunpower ha pasado tantos años creando productos interesantes que nunca llegaron al mercado, que mi única suposición puede ser que realmente no tenían la intención de traer productos al mercado.
En su lugar, crearon estos productos para obtener la siguiente ronda de dinero de investigación del gobierno.
No hay nada necesariamente malo en eso, solo recuerde que las subvenciones del gobierno rara vez dan lugar a nuevos productos.
Si está interesado en por qué los proyectos de investigación, a menudo no dan lugar a nuevos productos, lea mi página sobre por qué los motores Stirling no son más populares.
Estafas de inversión
Muchas empresas de motores Stirling han ido y venido a lo largo de los años. Tanto la tecnología como los mercados son difíciles, por lo que supongo que debería esperarse algo de eso.
Pero hay un tipo especial de empresa que ha ido y venido que parece nunca haber tenido la intención de hacer otra cosa que recaudar dinero de los inversores y pagar altos salarios a los directores.
Siempre tienen hermosos sitios web y hermosas oficinas. A menudo incluso tienen un prototipo que compraron a un desarrollador.
Pero parece que no ha habido ningún intento real de llevar los motores Stirling al mercado con algunos de estos estafadores/compañías.
Cómo lo hacen Parecer Real
El prototipo generalmente se comprará a un ingeniero que pasó una gran cantidad de tiempo desarrollándolo.
Se lo vende a los estafadores en la historia de que van a llevar su producto al mercado con su experiencia de marketing superior.
Le toman fotos, construyen un hermoso sitio web, publican folletos brillantes, recaudan mucho dinero de los inversores y se desvanecen en la historia.
El Ciclo de Estafa y Desaparición Parece Repetirse
Esto ha sucedido tantas veces que me deprimo cada vez que veo una nueva.
Así que, estafadores, encuentren un centro de tecnología diferente para sus estafas.
Obviamente, hay una necesidad de dinero para nuevos inversores para hacer el tipo correcto de desarrollo de Stirling engine, pero las empresas con un historial de buen personal de marketing y sin personal de ingeniería probablemente no sean las que traigan al mercado nuevos productos de Stirling engine.
Por qué los motores Stirling en automóviles son poco probables
Los motores Stirling tienen sentido para muchas aplicaciones, pero alimentar automóviles no es una de ellas.
¿Por qué?
- Son lentos para arrancar
- Es difícil cambiar los niveles de potencia rápidamente
- No aceleran rápidamente
- Son más pesados y más caros
Los motores Stirling Les gusta Funcionar a una velocidad Constante
Todas estas cosas, además del hecho de que son más caras que un motor de combustión interna típico, las convierten en una mala mezcla para los automóviles.
Vehículos híbridos
Ahora que vemos más vehículos híbridos, más personas están considerando el impacto que podría tener un motor Stirling.
Los motores Stirling tienen sentido como fuente de energía en algunos vehículos híbridos eléctricos, pero, una vez más, tienden a ser pesados.
Si puede resolver el problema de peso, podrían ser una buena combinación.
Generadores de Energía Solar
¿Qué Pasa con los Motores Stirling para Energía Solar?
Parece bastante obvio que los motores Stirling se pueden usar para funcionar con energía solar concentrada.
El problema con este enfoque es que los programas de ingeniería para desarrollar estos motores generalmente han tenido como objetivo una alta eficiencia. Esto significa que se utilizarán costosas aleaciones de alta temperatura y para cuando el motor esté funcionando como se esperaba, es demasiado caro competir con las células solares.
Concentrating sunshine produce motores de alta temperatura que deben usar metales costosos de alta temperatura y, aunque se ha realizado mucha investigación en esta área, hoy en día no hay productos comerciales disponibles en el mercado.
Motores Stirling de energía nuclear para Espacio Profundo
Los motores Stirling pueden funcionar con cualquier forma de calor. En lo que respecta al motor, el calor de un isótopo nuclear es tan bueno como cualquier otro tipo de calor.
Esto ha sido bien investigado en lo que se llama generadores de radioisótopos Stirling para su uso en la exploración espacial.
Importante Cuando los satélites no están Cerca del Sol
Es fácil pensar que las células solares se pueden usar en cualquier lugar del espacio, pero no pueden.
Como un satélite vuela más lejos de la órbita de la Tierra alrededor del Sol, la densidad solar simplemente no es suficiente para alimentar la electrónica en el satélite y necesita otro método para producir energía.
Los motores Stirling se han desarrollado para esta aplicación, utilizando un isótopo radiactivo como fuente de calor conectada a un motor Stirling.
Más Potencia Del Mismo Plutonio
Los motores Stirling configurados de esta manera, pueden producir aproximadamente tres veces más electricidad de la que obtendrían usando un dispositivo termoeléctrico.
Los motores se pueden desarrollar para funcionar durante cuatro años sin mantenimiento.
Sunpower de Athens Ohio, construye estos para NASA⁵.
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Asegúrese de consultar nuestras otras páginas sobre motores Stirling Hágalo usted mismo.
1 Crédito de foto: Ökofen
2Farley, R. (2018). «Air-Independent Propulsion Submarines: Stealthy, Cheap and the Future?»El Interés Nacional. Centro de Interés Nacional de Washington, D. C. Recuperado de http://nationalinterest.org/blog/the-buzz/air-independent-propulsion-submarines-stealth-cheap-the-24245
3 Crédito de foto: Janis
⁴schreiber, J., & Wong, W. (2007). Generador de Radioisótopos Stirling Avanzado para Misiones de Exploración y Ciencia Espacial de la NASA. Cleveland, OH: Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. Recuperado de: https://web.archive.org/web/20120929064709/http://www.grc.nasa.gov/WWW/TECB/RPS_ASRG_%20Handout.pdf
Aeronau Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio. (Abril de 2018). Centro de Investigación Glenn de la NASA. Recuperado de https://tec.grc.nasa.gov/rps/stirling-research-lab/advanced-stirling-convertor/