Stirling Engine | An ingenious invention
Summary
TLDREl motor de Stirling es un ingenioso dispositivo que convierte las diferencias de temperatura en movimiento recíproco. Inicialmente inventado por Mr. Roberts, este motor utiliza un cilindro aislado denominado desplazador para separar placas frías y calientes, permitiendo el cambio de aire entre ellas. Cuando la placa inferior está calentada, el aire se calienta y su presión aumenta, empujando un pistón de energía hacia arriba. Este movimiento es utilizado para mover el desplazador y repetir el ciclo. Aunque los motores de Stirling son eficientes en la conversión de energía, su lentitud en responder a demandas de potencia y su mayor peso y costo los han relegado a aplicaciones especiales, como la extracción de energía solar. Un ejemplo fue la planta de energía solar de Maricopa, que usaba esta tecnología pero fue abandonada por preocupaciones ambientales. Los motores de Stirling siguen siendo un candidato interesante para futuras aplicaciones en la energía limpia.
Takeaways
- 🔧 El motor de Stirling es un dispositivo interesante que utiliza diferencias de temperatura para crear movimiento rotativo.
- 🌡️ Al colocar un bloque de hielo debajo del motor, este comienza a girar en una dirección, mientras que con agua caliente, gira en la dirección opuesta.
- 🧱 El motor de Stirling fue inventado por Mr. Roberts y utiliza una placa caliente y una fría para crear un ciclo de aire que resulta en movimiento.
- 🛠️ Un cilindro aislado llamado desplazador aísla las placas y permite el movimiento del aire entre ellas, provocando cambios de presión.
- 🔥 La presión aumenta cuando el aire se calienta, lo que permite mover un pistón de potencia y, a su vez, mover el desplazador.
- 🔁 El motor de Stirling utiliza un eje giratorio para conectar el pistón de potencia y el desplazador, con un cigüeñal para mantener la inercia.
- ⏳ El motor opera en un ciclo continuo, donde el pistón se mueve hacia arriba y hacia abajo, y el desplazador se desplaza para controlar el flujo de calor.
- ❄️ Al usar un bloque de hielo, la presión dentro del motor es menor que la presión atmosférica, lo que hace que el pistón se mueva hacia abajo y el motor gire en sentido contrario.
- 🚗 Los motores de Stirling no son comunes en automóviles debido a su lentitud para responder a demandas de potencia variables y su mayor peso y costo.
- ☀️ Los motores de Stirling son eficientes en la conversión de energía y pueden ser ideales para la extracción de energía solar.
- 🌳 Una central de energía solar en Maricopa, basada en tecnología de motores de Stirling, fue capaz de producir 1.5 megavatios de electricidad, aunque más tarde fue abandonada por preocupaciones ambientales.
- 🔍 Se espera que los ingenieros modernos encuentren nuevas aplicaciones para esta inventiva creación de Robert Stirling.
Q & A
¿Qué es un motor de Stirling?
-Un motor de Stirling es un dispositivo que utiliza la diferencia de temperatura entre dos placas para crear movimiento recíproco y generar energía.
¿Quién inventó el motor de Stirling?
-El motor de Stirling fue inventado por Mr. Roberts.
¿Cómo funciona el motor de Stirling?
-El motor de Stirling funciona separando placas calientes y frías con un material aislado y un cilindro disipador. La variación de presión del aire debido a los cambios de temperatura es utilizada para mover un pistón de poder.
¿Por qué el motor de Stirling rota en direcciones opuestas dependiendo de si hay un bloque de hielo o agua caliente?
-Cuando hay un bloque de hielo, la presión dentro del motor es menor que la presión atmosférica, lo que hace que el pistón se mueva hacia abajo y el motor gire en una dirección. Al usar agua caliente, la presión dentro es mayor, haciendo que el pistón se mueva hacia arriba y el motor gire en la dirección opuesta.
¿Cómo logra el motor de Stirling el movimiento recíproco?
-El motor de Stirling logra el movimiento recíproco al utilizar la presión del aire aumentada para mover un pistón de poder, el cual también mueve el disipador hacia arriba o hacia abajo, creando así un ciclo continuo de movimiento.
¿Por qué no se usan motores de Stirling en automóviles?
-Los motores de Stirling son lentos para responder a demandas de energía variables y requieren de control de temperatura en las placas superior e inferior, lo que lleva tiempo. Además, son más pesados y costosos en comparación con otros tipos de motores.
¿Cuál fue un ejemplo de aplicación práctica del motor de Stirling?
-La planta de energía solar de Maricopa, que entró en funcionamiento en 2010, se basó en la tecnología del motor de Stirling y era capaz de producir 1.5 megavatios de electricidad.
¿Por qué la planta de energía solar de Maricopa fue abandonada?
-La planta de energía solar de Maricopa fue abandonada debido a preocupaciones ambientales.
¿Qué es el cilindro disipador en un motor de Stirling?
-El cilindro disipador es un elemento de aislamiento que separa las placas calientes y frías, permitiendo el control del flujo de calor y la presión del aire dentro del motor.
¿Qué función cumple la polea adicional y el volante en el motor de Stirling?
-La polea adicional conectada al mismo eje del pistón de poder, pero desplazada 90 grados, se utiliza para mover el disipador. El volante, o flywheel, ayuda a mantener la velocidad y el movimiento uniforme del motor.
¿Cómo afecta la diferencia de temperatura entre las placas superior e inferior el rendimiento del motor de Stirling?
-Una mayor diferencia de temperatura entre las placas superior e inferior aumenta la velocidad y la potencia del motor de Stirling, ya que produce una mayor variación de presión del aire.
¿Por qué los motores de Stirling tienen una alta eficiencia de conversión de energía?
-Los motores de Stirling tienen una alta eficiencia de conversión de energía porque utilizan la diferencia de temperatura de manera eficiente para generar movimiento recíproco y, por lo tanto, energía, con un ciclo de trabajo que minimiza las pérdidas de energía.
Outlines
🔧 Funcionamiento del Motor de Stirling
Este párrafo describe el motor de Stirling, una máquina interesante que utiliza el cambio de temperatura entre un bloque de hielo y agua caliente para generar movimiento rotativo en direcciones opuestas. El motor fue inventado por Mr. Roberts y su funcionamiento se basa en la separación de placas calientes y frías mediante un cilindro desplazador de aislamiento. La variación de presión del aire debido a los cambios de temperatura es utilizada para mover un pistón de potencia, lo que a su vez mueve el desplazador y mantiene el ciclo en marcha. El motor de Stirling tiene una eficiencia de conversión de energía asombrosa, pero su lentitud en responder a demandas de potencia y su mayor peso y costo en comparación con otros motores limitan su uso en automóviles. Sin embargo, su potencial para la extracción de energía solar es reconocido.
🌞 Aplicaciones del Motor de Stirling: Planta Solar de Maricopa
El segundo párrafo explora una aplicación práctica del motor de Stirling, mencionando la planta solar de Maricopa, que entró en funcionamiento en 2010 y estaba basada en la tecnología del motor de Stirling, capaz de producir 1.5 megavatios de electricidad. Lamentablemente, el proyecto fue abandonado debido a preocupaciones ambientales. El párrafo concluye con una nota optimista, esperando que los ingenieros modernos encuentren una aplicación adecuada para esta inventiva creación de Robert Stirling.
Mindmap
Keywords
💡Máquina de Sterling
💡Placas calientes y frías
💡Desplazador
💡Presión del aire
💡Pistón de potencia
💡Crank
💡Volante de inercia
💡Eficiencia energética
💡Sistema de control de temperatura
💡Extracción de energía solar
💡Ingenio mecánico
Highlights
The Sterling engine is a fascinating device that rotates in response to temperature differences, moving in one direction when an ice block is placed beneath it and in the opposite direction when a cup of hot water is used.
The engine was invented by Mr. Roberts Sterling and is a classic example of how temperature gradients can be used to create mechanical motion.
The Sterling engine's operation is based on the principle of separating hot and cold plates with an insulating material, using a thick insulating cylinder known as the displacer.
The position of the displacer affects the heat transfer and air temperature, causing the air pressure to increase or decrease within the engine.
Robert Sterling ingeniously used the high pressure created by increased air temperature to drive a power piston.
The engine's power piston and displacer are connected by a crankshaft, with the displacer moving in a complementary motion to the piston.
A flywheel is incorporated into the engine to maintain momentum and smooth out the reciprocating motion of the piston.
The Sterling engine demonstrates a beautiful and efficient way of converting heat energy into mechanical work.
When an ice block is used, the engine operates in reverse due to the lower internal air temperature and pressure compared to the atmosphere.
The engine will continue to operate as long as there is a temperature difference between the hot and cold plates.
The greater the temperature difference, the faster the engine speed and the higher the power output.
Sterling engines are known for their high energy conversion efficiency, but they are not commonly used in vehicles due to their slow response to varying power demands.
Adjusting the power output of a Sterling engine requires controlling the temperatures of the upper and lower plates, which is a time-consuming process.
Sterling engines are heavier and more expensive compared to other engine types, which limits their widespread use.
Despite these limitations, Sterling engines show promise for solar power extraction, as demonstrated by the Maricopa Solar Power Plant.
The Maricopa Solar Power Plant, based on Sterling engine technology, was capable of producing 1.5 megawatts of electricity before it was abandoned due to environmental concerns.
There is hope that modern engineers will find suitable applications for Robert Sterling's innovative invention in the future.
Transcripts
i received this cute machine very
recently
what is so interesting about this
mission is that
you just place an ice block below it
it will start to rotate
what is even more interesting is that if
i replace this ice block with a cup of
hot water
it will again rotate but in the opposite
direction
this interesting device is known as a
sterling engine invented by mr roberts
telling long back
to understand how did this device work
or how was mr sterling's mind work at
the time of this invention
as usual let's get into 3d animation
[Music]
it's hard to believe that the mere
presence of a constant low and high
temperature can result in a pulsating
motion like this one
but then along comes the genius mind of
robert sterling to start separate the
hot and cold plates with an insulating
material
let's introduce a thick insulating
cylinder called the displacer for this
purpose
if the displacer is at the bottom it
will obviously prevent the heat flow
from the bottom plate which means the
majority of the air undergoes a heat
transfer with the upper cold plate and
the air volume approaches the
surrounding air temperature
if the displacer is moved up the exact
reverse will happen and the air will
heat up
when the air temperature inside this
volume increases its pressure also
increases robert sterling's next
brilliant idea was to use this high
pressure to run a power piston
the same power piston can move the
displacer up or down
let's see how he achieved it practically
to achieve this objective robert
sterling connected one more crank on the
same rotating shaft of the power piston
this time at a 90 degree offset to the
first crank
now this crank is connected to the
displacer
he also added a flywheel in the shaft
the use of which we will come to know
later
now let's see how these arrangements
achieved robert sterling's objectives
when the bottom plate of the engine is
heated up
let's start with the power piston's
lowest position
if you check the position of the
displacer here it is almost in the
middle
the air obviously gets heated so its
pressure increases which moves the
piston up
let's rewind and see this motion once
again
just observe what the displacer is doing
clearly during the pistons upward motion
the displacer moves up and supports the
additional heat from the hot plate
the displacer prevents the cold plate
heat transfer during this motion which
means that during the piston's upward
motion the air's temperature and
pressure keeps increasing and the piston
extracts the energy
however after reaching the top you can
see that the displacer is again in the
middle which means that the heated air
can lose heat to the cold plate
obviously this process reduces the
pressure of the air volume
due to the momentum of the big flywheel
the piston will now start its downward
journey during which the air loses
progressively more heat and pressure
therefore the piston's downward motion
happens without much difficulty
after the piston reaches the bottom
position we are back at the starting
point and the cycle repeats
it's a beautiful way of producing
reciprocating motion isn't it
now you can predict how this machine
will behave if we keep an ice block
below it
here the inside air temperature and
pressure become lesser than the
atmospheric temperature and pressure the
low pressure inside the chamber means
the force acting on the piston will be
in a downward direction so the piston
has to move down this way the engine
rotates in the opposite direction
in short this engine will keep on
working unless and until there is a
temperature difference between the two
plates the greater the temperature
difference the greater the engine speed
and power output
sterling engines have amazing energy
conversion efficiency so why don't we
use these types of engines in our cars
the main reason is that sterling engines
are slow to respond to varying power
demands
to vary power output from a sterling
engine you have to control the upper and
bottom plate temperatures and
temperature controls always take time
moreover sterling engines are heavier
and costlier compared to their
counterparts
however we believe that the sterling
engine can be an ideal candidate for
solar power extraction
the maricopa solar power plant
commissioned in 2010 was based on
sterling engine technology
and was capable of producing 1.5
megawatts of electricity
this project was later abandoned due to
environmental concerns
let's hope that modern engineers will
find a suitable application for robert
sterling's genius invention
please don't forget to support us and
thank you for watching the video
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