Articulo de referencia

Aplicaciones del motor Stirling

Un motor Stirling gamma de sobremesa. El fluido de trabajo en este motor es aire. El intercambiador de calor caliente es el cilindro de vidrio de la derecha, y el intercambiador...

Un motor Stirling gamma de sobremesa. El fluido de trabajo en este motor es aire. El intercambiador de calor caliente es el cilindro de vidrio de la derecha, y el intercambiador de calor frío es el cilindro con aletas de la parte superior. Este motor utiliza un pequeño quemador de alcohol (abajo a la derecha) como fuente de calor.

Las aplicaciones del motor Stirling abarcan desde la propulsión mecánica hasta la calefacción, la refrigeración y los sistemas de generación eléctrica. Un motor Stirling es un motor térmico que funciona mediante la compresión y expansión cíclica de aire u otro gas, el " fluido de trabajo ", a diferentes temperaturas, de manera que se produce una conversión neta de calor en trabajo mecánico . [ 1 ] [ 2 ] El motor térmico de ciclo Stirling también puede funcionar en sentido inverso, utilizando una entrada de energía mecánica para impulsar la transferencia de calor en dirección opuesta (por ejemplo, una bomba de calor o un refrigerador). [ 3 ]

Existen diversas configuraciones de diseño para motores Stirling (muchas de las cuales requieren sellos rotativos o deslizantes), lo que puede generar difíciles disyuntivas entre las pérdidas por fricción y las fugas de refrigerante . Se puede construir una variante de pistón libre del motor Stirling, que puede sellarse herméticamente por completo , reduciendo las pérdidas por fricción y eliminando por completo las fugas de refrigerante. Por ejemplo, un enfriador Stirling de pistón libre (FPSC) puede convertir una entrada de energía eléctrica en un efecto de bomba de calor práctico, utilizado en refrigeradores y congeladores portátiles de alta eficiencia. Por el contrario, se podría construir un generador eléctrico de pistón libre, que convierta un flujo de calor en energía mecánica y luego en electricidad. En ambos casos, la energía se convierte generalmente de/a energía eléctrica mediante campos magnéticos de manera que no se comprometa el sellado hermético. [ 3 ] [ 4 ]

Potencia mecánica y propulsión

Motores de automóviles

Se suele afirmar que el motor Stirling tiene una relación potencia/peso demasiado baja, un coste excesivo y un tiempo de arranque demasiado prolongado para aplicaciones automotrices. Además, cuenta con intercambiadores de calor complejos y costosos. Un enfriador Stirling debe disipar el doble de calor que un radiador de motor Otto o diésel . El calentador debe estar fabricado en acero inoxidable, aleación especial o cerámica para soportar las altas temperaturas necesarias para una alta densidad de potencia y para contener el hidrógeno, gas que se utiliza frecuentemente en los motores Stirling para automoción con el fin de maximizar la potencia. Las principales dificultades que implica el uso del motor Stirling en aplicaciones automotrices son el tiempo de arranque, la respuesta de aceleración, el tiempo de parada y el peso, problemas que no siempre tienen soluciones disponibles.

Sin embargo, se ha presentado un motor Stirling modificado que utiliza conceptos tomados de un motor de combustión interna patentado con una cámara de combustión de pared lateral (patente estadounidense 7,387,093) que promete superar los problemas de densidad de potencia y potencia específica deficientes, así como el problema de respuesta de aceleración lenta inherente a todos los motores Stirling. [ 5 ] Podría ser posible utilizarlos en sistemas de cogeneración que utilizan el calor residual de los gases de escape de un motor de pistón o turbina de gas convencional y utilizarlo para alimentar los auxiliares (por ejemplo, el alternador ) o incluso como un sistema turbocompuesto que agrega potencia y par al cigüeñal.

Los automóviles propulsados ​​exclusivamente por motores Stirling fueron desarrollados en proyectos de prueba por la NASA , así como en proyectos anteriores de Ford Motor Company que utilizaban motores suministrados por Philips , [ 6 ] y por American Motors Corporation (AMC) con varios automóviles equipados con unidades de la sueca United Stirling fabricadas bajo licencia de Philips. Los proyectos de prueba de vehículos de la NASA fueron diseñados por contratistas y se denominaron MOD I y MOD II.

1979 DOE NASA AMC Spirit DL con motor Stirling

Los vehículos de ingeniería propulsados ​​por Stirling MOD 1 de la NASA se construyeron en colaboración con el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) y la NASA, bajo contrato con AM General de AMC para desarrollar y demostrar alternativas prácticas a los motores estándar. [ 7 ] El AMC Spirit propulsado por P-40 de United Stirling AB se probó exhaustivamente durante más de 50 000 millas (80 467 km) y alcanzó una eficiencia de combustible promedio de hasta 28,5 mpg - EE. UU. (8,3 L/100 km; 34,2 mpg - imperial ) . [ 8 ] Un VAM Lerma de 1980, un liftback de 4 puertas, también se convirtió a propulsión United Stirling P-40 para demostrar el motor Stirling al público y promover el programa de motores alternativos del gobierno de EE. UU. [ 9 ]     

Las pruebas realizadas con el AMC Spirit de 1979, así como con un Opel de 1977 y un AMC Concord de 1980 , revelaron que los motores Stirling "podrían desarrollarse como un tren motriz automotriz para vehículos de pasajeros y que podrían producir resultados favorables". [ 10 ] Sin embargo, se lograron avances con motores de encendido por chispa de igual potencia desde 1977, y los requisitos de Economía de Combustible Promedio Corporativa (CAFE) que debían cumplir los automóviles vendidos en los EE. UU. estaban aumentando. [ 11 ] Además, el diseño del motor Stirling continuó mostrando una deficiencia en la eficiencia de combustible. [ 11 ] También había dos inconvenientes importantes para los consumidores que usaban los motores Stirling: primero, el tiempo necesario para calentarse  , porque a la mayoría de los conductores no les gusta esperar para comenzar a conducir; y segundo, la dificultad para cambiar la velocidad del motor  , lo que limitaba la flexibilidad de conducción en la carretera y el tráfico. [ 12 ] También se cuestionó el proceso de los fabricantes de automóviles de convertir sus instalaciones y herramientas existentes para la producción en masa de un diseño y tipo de planta motriz completamente nuevos. [ 11 ]

El proyecto MOD II de 1980 produjo uno de los motores automotrices más eficientes jamás fabricados. El motor alcanzó una eficiencia térmica máxima del 38,5%, en comparación con un motor moderno de encendido por chispa (gasolina), que tiene una eficiencia máxima del 20-25%. El proyecto Mod II reemplazó el motor de encendido por chispa normal en un Chevrolet Celebrity notchback de 4 puertas de 1985. En el Informe de Diseño MOD II de 1986 (Apéndice A), los resultados mostraron que el rendimiento de combustible en carretera aumentó de 40 a 58 mpg - EE. UU. (5,9 a 4,1 L/100 km; 48 a 70 mpg - imperial ) y logró un rango urbano de 26 a 33 mpg - EE. UU. (9,0–7,1 L/100 km; 31–40 mpg - imperial ) sin cambios en el peso bruto del vehículo. El tiempo de arranque en el vehículo de la NASA era de un máximo de 30 segundos, mientras que el vehículo de investigación de Ford utilizaba un calentador eléctrico interno para arrancar rápidamente el motor, lo que resultaba en un tiempo de arranque de tan solo unos segundos. El alto par motor del motor Stirling a baja velocidad eliminó la necesidad de un convertidor de par en la transmisión, lo que redujo el peso y las pérdidas en la transmisión, compensando en cierta medida la desventaja de peso del Stirling en su uso automotriz. Esto se tradujo en una mayor eficiencia, como se menciona en los resultados de las pruebas. [ 13 ] [ 14 ]          

Los experimentos indicaron que el motor Stirling podría mejorar la eficiencia operativa del vehículo al separarlo idealmente de las demandas directas de energía, eliminando así el acoplamiento mecánico directo utilizado en la mayoría de los vehículos actuales. Su función principal en un vehículo híbrido eléctrico en serie de autonomía extendida sería la de generador, proporcionando electricidad para accionar los motores de tracción del vehículo eléctrico y cargar un conjunto de baterías de reserva. En un híbrido petrohidráulico, el Stirling desempeñaría una función similar a la de un híbrido en serie petroeléctrico, accionando una bomba que carga un depósito hidráulico de reserva. Si bien tuvo éxito en las fases MOD 1 y MOD 2 de los experimentos, los recortes en la financiación de la investigación y la falta de interés por parte de los fabricantes de automóviles pusieron fin a la posible comercialización del Programa de Motor Stirling para Automóviles. [ 7 ]

Vehículos eléctricos

Los motores Stirling, como parte de un sistema de propulsión eléctrico híbrido, podrían sortear los desafíos o desventajas de diseño de un automóvil Stirling no híbrido.

En noviembre de 2007, el proyecto Precer de Suecia anunció un prototipo de automóvil híbrido que utilizaba biocombustible sólido y un motor Stirling. [ 15 ]

El New Hampshire Union Leader informó que Dean Kamen desarrolló un automóvil híbrido enchufable en serie utilizando un Ford Think . [ 16 ] Llamado DEKA Revolt, el automóvil puede alcanzar aproximadamente 60 millas (97 km) con una sola carga de su batería de litio . [ 16 ] 

motores de aviones

Robert McConaghy creó el primer avión propulsado por un motor Stirling en agosto de 1986. [ 17 ] El motor tipo Beta pesaba 360 gramos y producía solo 20 vatios de potencia. [ 18 ] El motor estaba acoplado a la parte delantera de un planeador radiocontrolado Super Malibu modificado con un peso bruto al despegue de 1  kg. El mejor vuelo de prueba publicado duró 6 minutos y mostró "apenas la potencia suficiente para realizar giros suaves ocasionales y mantener la altitud". [ 18 ]

Motores marinos

El motor Stirling podría ser muy adecuado para sistemas de energía submarina donde se requiere trabajo eléctrico o energía mecánica de forma intermitente o continua. General Motors ha emprendido trabajos en motores de ciclo Stirling avanzados que incluyen almacenamiento térmico para aplicaciones submarinas. United Stirling, en Malmö, Suecia , está desarrollando un motor experimental de cuatro cilindros que utiliza peróxido de hidrógeno como oxidante en sistemas de energía submarina. El submarino SAGA (Submarine Assistance Great Autonomy) entró en funcionamiento en la década de 1990 y está impulsado por dos motores Stirling alimentados con gasóleo y oxígeno líquido . Este sistema también tiene potencial para la propulsión de buques de superficie, ya que el tamaño del motor es menos problemático, y la ubicación de la sección del radiador en agua de mar en lugar de al aire libre (como en un motor terrestre) permite que sea más pequeño.

El astillero sueco Kockums ha construido ocho submarinos exitosos propulsados ​​por motores Stirling desde finales de la década de 1980. [ 19 ] [ 20 ] Estos transportan oxígeno comprimido para permitir la combustión del combustible bajo el agua, proporcionando calor al motor Stirling. Actualmente se utilizan en submarinos de las clases Gotland y Södermanland . Son los primeros submarinos del mundo en incorporar propulsión independiente del aire (AIP) Stirling, lo que extiende su autonomía bajo el agua de unos pocos días a varias semanas. [ 20 ]

El motor Kockums también impulsa el submarino japonés de la clase Sōryū . [ 21 ]

Esta capacidad hasta ahora solo estaba disponible en submarinos de propulsión nuclear .

Motores de bombeo

Los motores Stirling pueden accionar bombas para mover fluidos como agua, aire y gases. Por ejemplo, el ST-5 de Stirling Technology Inc. tiene una potencia de salida de 5 caballos de fuerza (3,7 kW) que puede hacer funcionar un generador de 3 kW o una bomba de agua centrífuga. [ 22 ]  

Generación de energía eléctrica

Diagrama esquemático estructural de un sistema de motor Stirling de pistón libre.

Cogeneración

En un sistema de cogeneración (CHP), la energía mecánica o eléctrica se genera de la forma habitual; sin embargo, el calor residual del motor se utiliza para alimentar una aplicación de calefacción secundaria. Esta puede ser prácticamente cualquier sistema que utilice calor a baja temperatura. A menudo se trata de un consumo energético preexistente, como la calefacción de espacios comerciales, el calentamiento de agua en viviendas o un proceso industrial.

Las centrales térmicas conectadas a la red eléctrica utilizan combustible para producir electricidad . Sin embargo, se genera una gran cantidad de calor residual que a menudo no se aprovecha. En otros casos, se quema combustible de alta calidad a altas temperaturas para aplicaciones de baja temperatura. Según la segunda ley de la termodinámica , un motor térmico puede generar energía a partir de esta diferencia de temperatura. En un sistema de cogeneración, el calor primario a alta temperatura entra en el calentador del motor Stirling, parte de la energía se convierte en energía mecánica en el motor y el resto pasa al enfriador, donde sale a baja temperatura. El calor residual proviene del enfriador principal del motor y, posiblemente, de otras fuentes, como los gases de escape del quemador, si los hubiera.

La energía generada por el motor puede utilizarse para alimentar procesos industriales o agrícolas, lo que a su vez produce residuos de biomasa que pueden emplearse como combustible gratuito para el motor, reduciendo así los costes de eliminación de residuos. El proceso en su conjunto puede resultar eficiente y rentable.

Inspirit Energy, una empresa con sede en el Reino Unido, tiene una unidad de cogeneración a gas llamada Inspirit Charger que salió a la venta en 2016. La unidad de pie genera 3  kW de energía eléctrica y 15  kW de energía térmica. [ 23 ] [ 24 ]

WhisperGen, una empresa neozelandesa con oficinas en Christchurch , ha desarrollado un motor de ciclo Stirling de "microcogeneración de CA". Estas unidades de microcogeneración son calderas de calefacción central a gas que venden la energía sobrante a la red eléctrica . En 2004, WhisperGen anunció que estaba produciendo 80 000  unidades para el mercado residencial del Reino Unido .  En 2006 se realizó una prueba con 20 unidades en Alemania. [ 25 ]

generación de energía solar

Plato Stirling de SES

Ubicado en el foco de un espejo parabólico, un motor Stirling puede convertir la energía solar en electricidad con una eficiencia superior a la de las células fotovoltaicas no concentradas y comparable a la de las células fotovoltaicas concentradas . El 11 de agosto de 2005, Southern California Edison anunció un acuerdo con Stirling Energy Systems (SES) para la compra de electricidad generada mediante más de 30 000 motores Stirling alimentados por energía solar durante un período de veinte años, suficiente para generar 850  MW de electricidad. Estos sistemas, en una planta solar de 8 000  acres (19  km² ) , utilizarán espejos para dirigir y concentrar la luz solar sobre los motores, que a su vez impulsarán los generadores. «En enero de 2010, cuatro meses después del inicio de las obras, la empresa asociada de Stirling Energy, Tessara Solar, completó la planta de energía solar Maricopa de 1,5 MW en Peoria, Arizona , a las afueras de Phoenix. La planta está compuesta por 60 SES SunCatchers». [ 26 ] El SunCatcher se describe como "un gran colector solar de concentración (CSP) con seguimiento que genera 25 kilovatios (kW) de electricidad a pleno sol. Cada uno de los colectores de 38 pies de diámetro contiene más de 300 espejos curvos ( heliostatos ) que enfocan la luz solar en una unidad de conversión de energía, que contiene el motor Stirling. El plato utiliza seguimiento de doble eje para seguir al sol con precisión a medida que se mueve por el cielo". [ 26 ] Ha habido disputas sobre el proyecto [ 27 ] debido a preocupaciones sobre el impacto ambiental en los animales que viven en el sitio. La planta solar de Maricopa ha sido cerrada. [ 28 ]

Energía nuclear

Existe la posibilidad de utilizar motores Stirling de propulsión nuclear en centrales eléctricas. Sustituir las turbinas de vapor de las centrales nucleares por motores Stirling podría simplificar la planta, aumentar su eficiencia y reducir los subproductos radiactivos. Varios diseños de reactores reproductores utilizan sodio líquido como refrigerante. Si el calor se va a emplear en una central de vapor, se requiere un intercambiador de calor agua/sodio, lo que genera cierta preocupación en caso de fuga, ya que el sodio reacciona violentamente con el agua. Un motor Stirling elimina la necesidad de agua en cualquier punto del ciclo. Esto tendría ventajas para las instalaciones nucleares en regiones áridas.

Los laboratorios del gobierno de Estados Unidos han desarrollado un moderno motor Stirling, conocido como generador de radioisótopos Stirling, para su uso en la exploración espacial. Está diseñado para generar electricidad para sondas espaciales en misiones de larga duración. El motor utiliza un único desplazador para reducir las piezas móviles y emplea acústica de alta energía para transferir energía. La fuente de calor es un proyectil de combustible nuclear sólido y seco, y el disipador de calor es la radiación al espacio libre.

Calefacción y refrigeración

Si se le suministra energía mecánica, un motor Stirling puede funcionar en reversa como una bomba de calor para calefacción o refrigeración. A finales de la década de 1930, la corporación Philips de los Países Bajos utilizó con éxito el ciclo Stirling en aplicaciones criogénicas. [ 29 ] Durante el programa del Transbordador Espacial , la NASA lanzó con éxito un refrigerador de ciclo Stirling en una forma "similar en tamaño y forma a las pequeñas unidades domésticas que se suelen usar en las residencias universitarias" para su uso en el Laboratorio de Ciencias de la Vida. [ 30 ] Investigaciones posteriores sobre esta unidad para uso doméstico llevaron a una ganancia del coeficiente de rendimiento de Carnot en un factor de tres y una reducción de peso de 1 kg para la unidad. [ 31 ] Se han realizado experimentos utilizando energía eólica para impulsar una bomba de calor de ciclo Stirling para calefacción y aire acondicionado domésticos.

criorefrigeradores Stirling

Cualquier motor Stirling también funciona a la inversa como bomba de calor : al aplicar energía mecánica al eje, se produce una diferencia de temperatura entre los depósitos. Los componentes mecánicos esenciales de un criorefrigerador Stirling son idénticos a los de un motor Stirling. Tanto en el motor como en la bomba de calor, el calor fluye desde el espacio de expansión al espacio de compresión; sin embargo, se requiere trabajo de entrada para que el calor fluya en contra de un gradiente térmico, especialmente cuando el espacio de compresión está más caliente que el de expansión. La cara externa del intercambiador de calor del espacio de expansión puede colocarse dentro de un compartimento con aislamiento térmico, como un termo. El calor se bombea desde este compartimento, a través del gas de trabajo del criorefrigerador, hacia el espacio de compresión. El espacio de compresión estará por encima de la temperatura ambiente, por lo que el calor fluirá hacia el ambiente.

Uno de sus usos modernos es en criogenia y, en menor medida, en refrigeración . A temperaturas típicas de refrigeración, los enfriadores Stirling generalmente no son económicamente competitivos con los sistemas de refrigeración Rankine convencionales , menos costosos, porque son menos eficientes energéticamente. Sin embargo, por debajo de aproximadamente −40...−30  °C, la refrigeración Rankine no es efectiva porque no hay refrigerantes adecuados con puntos de ebullición tan bajos. Los criorefrigeradores Stirling pueden "elevar" el calor hasta −200  °C (73 K), lo cual es suficiente para licuar el aire (específicamente los gases constituyentes primarios oxígeno , nitrógeno y argón ). Pueden llegar a tan solo 40–60 K para máquinas de una etapa, dependiendo del diseño particular. Los criorefrigeradores Stirling de dos etapas pueden alcanzar temperaturas de 20 K, suficientes para licuar hidrógeno y neón. [ 32 ] Los criorefrigeradores para este propósito son más o menos competitivos con otras tecnologías de criorefrigeración. El coeficiente de rendimiento a temperaturas criogénicas suele ser de 0,04–0,05 (lo que corresponde a una eficiencia del 4–5%). Empíricamente, los dispositivos muestran una tendencia lineal, típicamente con el COP = 0,0015 T c  − 0,065 , donde T c es la temperatura criogénica. A estas temperaturas, los materiales sólidos tienen valores de calor específico más bajos, por lo que el regenerador debe estar hecho de materiales inesperados, como el algodón .

El primer criorefrigerador de ciclo Stirling fue desarrollado por Philips en la década de 1950 y comercializado en lugares como plantas de producción de aire líquido . La división de criogenia de Philips evolucionó hasta que se escindió en 1990 para formar Stirling Cryogenics BV, en los Países Bajos. Esta empresa sigue activa en el desarrollo y la fabricación de criorefrigeradores Stirling y sistemas de refrigeración criogénica.

Existe una amplia variedad de criorefrigeradores Stirling de menor tamaño disponibles comercialmente para tareas como la refrigeración de sensores electrónicos y, en ocasiones, de microprocesadores . Para esta aplicación, los criorefrigeradores Stirling representan la tecnología de mayor rendimiento disponible, gracias a su capacidad para disipar el calor de manera eficiente a temperaturas muy bajas. Son silenciosos, no vibran, pueden reducirse a tamaños pequeños y ofrecen una alta fiabilidad y un bajo mantenimiento. En 2009, los criorefrigeradores se consideraban los únicos dispositivos Stirling de éxito comercial a gran escala.

Bombas de calor

Una bomba de calor Stirling es muy similar a un criorefrigerador Stirling; la principal diferencia radica en que suele funcionar a temperatura ambiente. Actualmente, su principal aplicación es bombear calor del exterior al interior de un edificio, calentándolo así con un menor consumo energético.

Como en cualquier otro dispositivo Stirling, el flujo de calor se produce desde el espacio de expansión al espacio de compresión. Sin embargo, a diferencia del motor Stirling , el espacio de expansión se encuentra a una temperatura inferior a la del espacio de compresión, por lo que, en lugar de producir trabajo, el sistema requiere un aporte de trabajo mecánico (para cumplir con la segunda ley de la termodinámica ). Este aporte de energía mecánica puede ser suministrado por un motor eléctrico o un motor de combustión interna, por ejemplo. Cuando el trabajo mecánico para la bomba de calor lo proporciona un segundo motor Stirling, el sistema se denomina «bomba de calor accionada por calor».

La fase de expansión de la bomba de calor está acoplada térmicamente a la fuente de calor, que suele ser el ambiente exterior. La fase de compresión del dispositivo Stirling se coloca en el ambiente que se desea calentar, por ejemplo, un edificio, y se bombea calor hacia él. Normalmente, existe aislamiento térmico entre ambas fases, lo que provoca un aumento de temperatura en el interior del espacio aislado.

Las bombas de calor son, con diferencia, los sistemas de calefacción más eficientes energéticamente, ya que extraen calor del ambiente en lugar de simplemente convertir la energía que reciben en calor. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, las bombas de calor siempre requieren un aporte adicional de energía externa para bombear el calor captado contra la diferencia de temperatura.

En comparación con las bombas de calor convencionales, las bombas de calor Stirling suelen tener un coeficiente de rendimiento superior . Si bien los sistemas Stirling han tenido un uso comercial limitado, se prevé que su utilización aumente junto con la demanda del mercado de ahorro energético, y es probable que su adopción se acelere gracias a las mejoras tecnológicas.

Refrigeración portátil

El enfriador Stirling de pistón libre (FPSC) es un sistema de transferencia de calor completamente sellado que cuenta con solo dos partes móviles (un pistón y un desplazador) y que puede utilizar helio como fluido de trabajo . El pistón suele ser accionado por un campo magnético oscilante que proporciona la energía necesaria para el ciclo de refrigeración. El accionamiento magnético permite que el pistón se mueva sin necesidad de sellos, juntas, anillos tóricos ni otras modificaciones que comprometan el sistema herméticamente sellado . [ 33 ] Entre las ventajas que se le atribuyen al sistema se incluyen una mayor eficiencia y capacidad de refrigeración, menor peso, menor tamaño y mejor controlabilidad. [ 34 ]

El FPSC fue inventado en 1964 por William Beale (1928–2016), profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Ohio en Athens, Ohio . Fundó Sunpower Inc., [ 35 ] que investiga y desarrolla sistemas FPSC para aplicaciones militares, aeroespaciales, industriales y comerciales. Un refrigerador FPSC fabricado por Sunpower fue utilizado por la NASA para refrigerar la instrumentación en satélites . [ 36 ] La empresa fue vendida por la familia Beale en 2015 para convertirse en una unidad de Ametek . [ 37 ]

Otros proveedores de tecnología FPSC incluyen a Twinbird Corporation de Japón [ 34 ] y Global Cooling de los Países Bajos, que (al igual que Sunpower) tiene un centro de investigación en Athens, Ohio. [ 38 ]

Durante varios años, a partir de 2004 aproximadamente, la empresa Coleman vendió una versión del Twinbird "SC-C925 Portable Freezer Cooler 25L" bajo su propia marca, [ 39 ] [ 40 ] pero desde entonces ha dejado de ofrecer el producto. El refrigerador portátil puede funcionar durante más de un día, manteniendo temperaturas bajo cero mientras se alimenta con una batería de automóvil . [ 41 ] Este refrigerador todavía se fabrica, y Global Cooling ahora coordina la distribución a Norteamérica y Europa. [ 42 ] Otras variantes ofrecidas por Twinbird incluyen un congelador portátil (hasta -80  °C), refrigeradores plegables y un modelo para transportar sangre y vacunas . [ 43 ]

Motores de baja diferencia de temperatura

Un motor Stirling de baja diferencia de temperatura, que se muestra aquí funcionando con el calor de una mano caliente.

Un motor Stirling de baja diferencia de temperatura ( LTD , o Low Delta T (LDT) ) funciona con cualquier diferencial de temperatura bajo, por ejemplo, la diferencia entre la palma de una mano y la temperatura ambiente, o la temperatura ambiente y un cubo de hielo.  En 1990 se alcanzó un récord de un diferencial de temperatura de tan solo 0,5 °C. [ 44 ] Por lo general, se diseñan en una configuración gamma [ 45 ] para mayor simplicidad y sin regenerador, aunque algunos tienen ranuras en el desplazador, generalmente hechas de espuma, para una regeneración parcial. Normalmente no están presurizados y funcionan a una presión cercana a 1 atmósfera . La potencia producida es inferior a 1 W y están destinados únicamente a fines de demostración. Se venden como juguetes y modelos educativos.  

Sin embargo, se han construido motores de baja temperatura más grandes (típicamente de 1 m cuadrado) para bombear agua utilizando luz solar directa con una amplificación mínima o nula. [ 46 ]

Otras aplicaciones

Motor térmico Stirling acústico

El Laboratorio Nacional de Los Alamos ha desarrollado un "Motor Térmico Stirling Acústico" [ 47 ] sin partes móviles. Convierte el calor en una intensa potencia acústica que (citando la fuente proporcionada) "puede utilizarse directamente en refrigeradores acústicos o refrigeradores de tubo de pulso para proporcionar refrigeración impulsada por calor sin partes móviles, o... para generar electricidad a través de un alternador lineal u otro transductor de potencia electroacústico".

MicroCHP

WhisperGen (quebró en 2012 [ 48 ] ), una empresa neozelandesa, desarrolló motores Stirling que pueden funcionar con gas natural o diésel. Se firmó un acuerdo con Mondragón Corporación Cooperativa , una empresa española, para producir los sistemas de microcogeneración (microCHP) de WhisperGen y comercializarlos en Europa. Hace algún tiempo, E.ON UK anunció una iniciativa similar para el Reino Unido. Los motores Stirling domésticos suministrarían al cliente agua caliente, calefacción y un excedente de energía eléctrica que podría inyectarse a la red eléctrica.

Según las especificaciones de rendimiento publicadas por las empresas, la unidad autónoma alimentada con diésel produce calor (5,5  kW) y electricidad (800 W), consumiendo 0,75  litros de diésel para automoción por hora. Se afirma que las unidades Whispergen funcionan como una unidad de cogeneración combinada, alcanzando una eficiencia operativa de hasta el 80 %.

Sin embargo, los resultados preliminares de una revisión del rendimiento de las unidades de microcogeneración WhisperGen realizada por Energy Saving Trust sugirieron que sus ventajas eran marginales en el mejor de los casos en la mayoría de los hogares. [ 49 ] Sin embargo, otro autor muestra que la microgeneración con motor Stirling es la más rentable de las diversas tecnologías de microgeneración en términos de reducción de CO 2 . [ 25 ]

Refrigeración de chips

MSI (Taiwán) desarrolló un sistema de refrigeración en miniatura con motor Stirling para chips de ordenadores personales que utiliza el calor residual del chip para accionar un ventilador. [ 50 ]

Desalinización

En todas las centrales térmicas es necesario evacuar el calor residual . Sin embargo, no hay razón para que este calor residual no pueda utilizarse para alimentar motores Stirling y bombear agua de mar mediante sistemas de ósmosis inversa, salvo que cualquier uso adicional del calor eleva la temperatura efectiva del disipador térmico de la central, lo que conlleva una pérdida de eficiencia en la conversión de energía . En una central nuclear típica, dos tercios de la energía térmica producida por el reactor son calor residual. En un sistema Stirling, este calor residual tiene el potencial de utilizarse como fuente adicional de electricidad.

Referencias

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