El fenómeno físico de la expansión del aire
caliente fue ya utilizado en tiempos de los egipcios para desarrollar trabajo mecánico,
accionando de esta manera trampillas,puertas y pesadas cargas, pero fue en la revolución
industrial cuando las máquinas llamadas “térmicas” se estudiaron, desarrollaron y
aplicaron de manera general.
El Motor Stirling objeto de nuestro estudio es un tipo de motor térmico y como tal, genera
trabajo mecánico a partir de la diferencia de temperaturas entre dos focos. La
actual preocupación medioambiental y la escasez de
recursos energéticos de carácter fósil ha hecho que se haya rescatado del
olvido este genial artilugio como una de las posibles soluciones a tales
problemas dado su excepcional rendimiento.
HISTORIA
Robert
Stirling fue un clérigo Escocés que, heredando el interés de su padre por la ingeniería,
diseñó en 1816 un motor térmico que funcionaba sin peligro de las explosiones y
quemaduras que tenia la máquina de vapor. Posteriormente sería el francés Sadi
Carnot el
que hiciera una interpretación teórica de su funcionamiento para comprender el fenómeno
de producir fuerza motriz partiendo del calor que fluye entre dos focos a
distinta temperatura. Si
bien en potencia no podía competir con la, famosa por entonces, máquina de
vapor, era el motor de Stirling una máquina mucho más sencilla, barata y segura
y se aseguró un campo
de aplicación allí donde la fuerza no fuera un factor tan decisivo diseñándose
así ventiladores
y bombas de agua basadas en el principio de la expansión y la compresión del
aire.
TEORÍA
Es sabido que los gases se dilatan al
calentarse y se contraen al enfriarse. En un motor Stirling un gas (nosotros
usaremos simplemente aire) es obligado a expandirse y contraerse repetidamente
al aplicarle y retirarle calor. Los métodos para lograr este objetivo son
variados. El sistema más sencillo es el que usaremos nosotros: mediante un
mechero. También podremos intentar usar el calor del sol (concentrándolo con
una lupa) para mover uno de estos motores.
El motor Stirling es por tanto un motor
térmico: utiliza el calor como fuente externa de energía para producir
movimiento. Y es necesaria la presencia de una diferencia de temperaturas
entre dos zonas. Es el motor térmico más eficiente (aunque no el más potente).
MATERIALES
Ø
Jeringa cristalizada
e
Ø
Tubo de ensayo (pírex)
Ø
Paleta de madera
Ø
Tornillos con tuercas
Ø
Mechero
Ø
Manguera delgada con un tapón
Ø
Canicas
Ø
Pegamento
Ø
Mondadientes
Ø
2 discos
Ø 8 tapas de botella plástica.
Ø 2
varillas de alambre.
Ø
Taladro
Ø
Sierra o navaja
PROCEDIMIENTO
MOTOR STIRLING
Ø
Se colocaron las canicas al tubo de ensayo.
Ø
Se procedió a conectar el tapón con la manguera,
luego se tapo con ello mismo el tubo de ensayo.
Ø
Con el otro extremo de la manguera se conecto a
la jeringa de cristal y se sello con pegamento.
Ø
Se armo un montaje provisional para ver el
funcionamiento del motor cuando se le somete al calor (mechero).
MAQUETA DE APLICACIÓN
Ø
Con ayuda del taladro se realizo pequeños
agujeros, en las paletas de madera, de acuerdo a su medida en donde se va a ensamblar.
Ø
Ensamblamos el pequeño vehículo uniendo las
paletas de madera con las tuercas y los tornillos siendo ajustadas con el
desarmador.
Ø
Se realizo pequeños orificios equidistantes en
ambos discos para luego unirlos con los mondadientes.
Ø
Ubicando el punto centro de los discos se coloco
ejes en ambos, para luego unirlo con la maqueta.
Ø
Se colocaron 4 ruedas adicionales a la
maqueta para que tenga mayor solides en
su desplazamiento ( ruedas hechas de tapas de botella).
Ø
Se insertaron dos parantes en la parte superior
de la maqueta para que sirva de soporte al tubo de ensayo del Motor Stirling.
Ø
Se construyo un transmisor de movimiento a los
disco que sirven como rueda principal y el otro punto del transmisor se fijo en
la jeringa de cristal.
ALGUNAS FOTOS DE INSTRUCCIÓN DE LA MAQUETA
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Aquí les mostramos un video de funcionamiendo de la maqueta (carrito), recuerden que la llanta principal de tener más contacto con la superficie donde se encuentre
OBSERVACIONES
Ø Tener cuidado al manipular los
tubos de ensayo, ya que son frágiles.
Ø Colocar el mechero en un lugar
estable, para evitar quemaduras.
Ø Tener cuidado al manipular las
herramientas: taladro, navajas, cierras, etc.
Ø Fijar bien en la jeringa el
transmisor de movimiento.
Ø No colocar los mondadientes muy
separados entre sí
Ø Al igual que nosotros le sugerimos
utilizar materiales reciclables en la fabricación de este proyecto
Verificar bien que el transmisor de movimiento cumpla su trabajo, cuando hagas funcionar el Motor Stirling.
CONCLUSIÓN
Ø La diferencia de temperaturas es el
factor fundamental en la velocidad del motor. A más diferencia de temperaturas,
mayor es el áera del ciclo termodinámico en la gráfica P-V y por lo tanto mayor
es el trabajo desarrollado, trabajo que se invierte en aumentar la energía
cinética del motor, esto es, su velocidad.
BIBLIOGRAFíA
