Stirling Engine | An ingenious invention

Summary

El 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

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🔧 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.

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🌞 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.

Keywords

💡Máquina de Sterling

La Máquina de Sterling es un tipo de motor térmico inventado por Robert Sterling. Se caracteriza por su capacidad de funcionar con una diferencia de temperatura entre dos placas, una caliente y otra fría. En el video, se destaca cómo esta máquina puede girar en dos direcciones opuestas dependiendo si se utiliza un bloque de hielo o un cuenco de agua caliente, demostrando su funcionamiento basado en el cambio de presión del aire debido a las diferencias de temperatura.

💡Placas calientes y frías

Las placas calientes y frías son componentes clave de la Máquina de Sterling, representando las fuentes de calor y frío respectivamente. La placa caliente absorbe calor del ambiente y lo transmite al aire dentro del motor, mientras que la placa fría permite que el aire se enfríe y pierda presión. En el script, se menciona que la diferencia de temperatura entre estas placas es crucial para el funcionamiento del motor.

💡Desplazador

El desplazador es una parte móvil de la Máquina de Sterling que está conectada a un eje y se desplaza para controlar el flujo de calor entre las placas. Se utiliza un cilindro insulante para separar las placas y permitir el movimiento del desplazador. En el video, se describe cómo el desplazador se mueve hacia arriba y hacia abajo para aprovechar las diferencias de temperatura y generar movimiento.

💡Presión del aire

La presión del aire es un resultado del calor transmitido por la placa caliente y es fundamental para el funcionamiento del motor de Sterling. Cuando el aire se calienta, su presión aumenta, lo que permite el movimiento del pistón de potencia. En el script, se ilustra cómo la presión del aire aumenta y disminuye a lo largo del ciclo del motor, provocando el movimiento del pistón y del desplazador.

💡Pistón de potencia

El pistón de potencia es un componente que convierte el calor en movimiento mecánico. Se menciona en el video que, cuando la presión del aire aumenta, el pistón de potencia se mueve hacia arriba, y cuando disminuye, el pistón se mueve hacia abajo. Este movimiento es lo que permite a la Máquina de Sterling funcionar y generar energía.

💡Crank

Un 'crank' en español se conoce como 'manivela' y es una pieza que se utiliza para convertir el movimiento de rotación en un movimiento de pistones en y fuera. En la Máquina de Sterling, la manivela está conectada tanto al pistón de potencia como al desplazador, permitiendo así el movimiento coordinado de estos componentes y el funcionamiento del motor.

💡Volante de inercia

El volante de inercia, o simplemente 'volante', es una pieza que se utiliza para mantener la estabilidad y la velocidad del movimiento en el motor. En el video, se destaca su importancia para asegurar que el pistón comience su recorrido descendente después de alcanzar la posición superior, gracias a su inercia.

💡Eficiencia energética

La eficiencia energética se refiere a la cantidad de energía que se puede convertir en trabajo útil. En el contexto de la Máquina de Sterling, se menciona que estos motores tienen una 'amazing energy conversion efficiency', lo que significa que son muy eficaces en convertir la energía térmica en movimiento mecánico.

💡Sistema de control de temperatura

El sistema de control de temperatura es esencial en la Máquina de Sterling para variar la salida de potencia. Se debe ajustar la temperatura de las placas superior e inferior para controlar la velocidad y el rendimiento del motor. En el video, se señala que este proceso de control de temperatura es lento y puede ser un inconveniente en aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida.

💡Extracción de energía solar

La extracción de energía solar es una aplicación potencial de la Máquina de Sterling, ya que estos motores funcionan bien con fuentes de energía que proporcionan una diferencia de temperatura. En el script, se menciona la planta de energía solar de Maricopa, que usaba tecnología de motores de Sterling para generar electricidad, aunque el proyecto fue abandonado debido a preocupaciones ambientales.

💡Ingenio mecánico

El ingenio mecánico se refiere a la creatividad y el talento para diseñar y construir máquinas que funcionan de manera eficiente. En el video, se destaca el 'genius mind of Robert Sterling' al diseñar una máquina capaz de funcionar con cambios de temperatura y convertir calor en movimiento mecánico, lo que demuestra su habilidad para crear soluciones ingeniosas a problemas técnicos.

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