¿Qué es el ciclo de Stirling?

El ciclo de Stirling es un tipo de ciclo termodinámico regenerativo que es capaz de utilizar un fluido de trabajo autónomo y un componente de intercambio de calor interno, ya sea para convertir el calor en movimiento mecánico o al revés. Eso hace que el ciclo Stirling sea útil en motores, bombas de calor, refrigeración y muchas otras aplicaciones. Varios diseños de motores diferentes utilizan el ciclo Stirling, la mayoría de los cuales contienen uno o dos cilindros. Independientemente del diseño específico, un motor que utiliza este ciclo pasa por los cuatro pasos de compresión, la adición de calor, la expansión y la eliminación del calor.

Hay varios motores de combustión externa diferentes, cada uno de los cuales utiliza un tipo diferente de ciclo termodinámico. Los motores de vapor funcionan bajo los principios del ciclo de Rankine, que utiliza un fluido de trabajo, como el agua, tanto en estado líquido como gaseoso. Se deben agregar fluidos adicionales de vez en cuando, reduciendo la eficiencia de estos sistemas. El ciclo de Stirling, que se inventó originalmente en 1816 como rival del ciclo de Rankine, utiliza un fluido de trabajo que está sellado dentro del sistema. En la mayoría de los casos, el fluido de trabajo utilizado en los motores Stirling es el aire.

La idea básica detrás del ciclo de Stirling gira en torno al calentamiento y posterior enfriamiento de un solo volumen de fluido de trabajo. Eso causa la expansión térmica y la contracción del fluido, que puede usarse para realizar trabajos mecánicos. En la mayoría de los casos, esto se logra mediante la fijación de pistones a un volante. A medida que el fluido dentro del sistema se expande y contrae, los pistones se mueven hacia arriba y hacia abajo, lo que hace que el volante gire. El ciclo de Stirling se conoce como un ciclo regenerativo debido al hecho de que el fluido es autónomo, y se usa el mismo volumen de fluido tanto en la cámara de compresión como en la cámara de expansión.

El uso del ciclo Stirling no se limita a los motores, ya que el proceso también es reversible. Eso significa que es posible que un dispositivo que utiliza este ciclo actúe como una bomba de calor si se suministra energía mecánica. En este caso, se utiliza energía mecánica externa para impulsar los pistones, que bombean el fluido de trabajo entre la cámara de expansión y la cámara de compresión. Dependiendo de la forma en que se configure un dispositivo, esta inversión del ciclo se puede usar en una bomba de calor, un dispositivo de refrigeración o cualquier otra aplicación que requiera la transferencia de energía térmica.