En el siguiente experimento se determina la eficiencia de un motor Stirling a partir del área de la curva P-V asociada a este obtenida utilizando el sistema de adquisición PASCO Science Workshop 750.
En el experimento se genera la curva PV de un motor Stirling mientras se encuentra en funcionamiento. El motor ha sido construido a partir de materiales que pueden conseguirse fácilmente . A partir de la información obtenida se determina la eficiencia asociada al ciclo y la eficiencia mecánica del motor.
Un motor Stirling es una máquina térmica que se caracteriza porque permite convertir directamente la energía suministrada por una fuente de calor en energía mecánica. Esto se consigue mediante la compresión y expansión de una cantidad fija de aire que circula entre dos regiones con diferente temperatura. El ciclo de Stirling se compone de dos procesos a temperatura constante y dos procesos a volumen constante. En la siguiente figura se presenta el ciclo representado en el espacio P-V y la relación de este con un motor Stirling tipo beta (Un motor Stirling tipo beta se caracteriza porque los pistones de potencia (arriba) y de desplazamiento (medio) se mueven en el interior del mismo cilindro).
Al iniciar el ciclo, el aire en el interior del cilindro se encuentra comprimido, con alta temperatura y con alta presión (estado 1). Estas condiciones sumadas al ingreso de calor hacen que el aire se expanda y a través del pistón de potencia realice trabajo moviéndose desde el volumen V1 al volumen V2 (estado 2). Inmediatamente después de que esto ocurre, el pistón de desplazamiento baja rápidamente hacia la región caliente del cilindro permitiendo que la temperatura y la presión del aire descienda debido a que este queda expuesto a la región fría del cilindro (estado 3). En este punto, el volante conectado al cigüeñal que sincroniza el movimiento de los cilindros de potencia y de desplazamiento, lleva suficiente inercia para hacer que el pistón de potencia realice trabajo sobre el sistema comprimiendo el aire (estado 4). Una vez que el pistón de potencia llega al volumen V1, el pistón de desplazamiento sube rápidamente hacia la región fría del cilindro con el fin de que el aire quede expuesto a la región caliente del cilindro y así aumente su temperatura y presión hasta llegar al estado inicial en donde de nuevo se repite el ciclo.
En la siguiente figura se presenta un ejemplo del resultado obtenido con el sistema de adquisición.
Para iniciar la reproducción del video del experimento haga click en la imagen a continuación.
Guía para fabricar un motor Stirling basado en el modelo de Koichi Irata PDF
Stirling engines for demonstration - The Physics Teacher -- January 1982 -- Volume 20, Issue 1, pp. 38-39 PDF
Demonstration experiments with a Stirling engine - Phys. Educ. 29 No 3 (May 1994) 180-183 PDF
Página Koichi Irata - Let's build a can Stirling engine