El cuarto artículo de la serie sobre “Energía Termosolar” (aquí puedes ver el I , II y III de la serie), vamos a contaros cómo funciona una de las tecnologías más prometedoras en lo que a energías renovables se refiere: el motor Stirling.
El motor Stirling fue desarrollado por Robert Stirling en 1816 para hacer la competencia al, por aquel entonces sistema por excelencia, motor de vapor. Su funcionamiento está basado en dos focos, uno frío y otro caliente, y un gas que se expande y comprime a través de un cilindro al entrar en contacto con cada uno del focos. Si bien su funcionamiento no es sencillo de entender, está basado en principios muy básico:
- El gas (Helio, Nitrógeno o Hidrógeno) aumenta de temperatura en la zona caliente y por tanto, se expande empujando al pistón del cilindro
- Cuando el pistón alcanza el final de su recorrido, el gas pasa al lado frío llenando el lado opuesto del cilindro y empujando el pistón en sentido contrario enfriándose al mismo tiempo.
- El proceso se repite y al llegar al final opuesto del recorrido. El gas, ya frío, entra en la zona caliente del cilindro para iniciar una vez más el proceso generando un movimiento alternativo que puede ser aprovechado para la generación de electricidad.
Es relativamente sencillo construir un motor de Stirling con material reciclados, como podréis ver en el siguiente vídeo.
Si bien este tipo de motores no han tenido un ámbito de aplicación muy amplio, hace unos años comenzó a estudiarse su utilización para el generación de electricidad gracias a la energía del sol.
El principio de un sistema termosolar con motor Stirling es sencillo y se basa en un seguidor a dos ejes (del que ya hablamos en nuestro anterior artículo), generalmente parabólico, que concentra la radiación solar en un punto o foco. El motor se acopla a un calentador que se ubica exactamente en el foco.
Campo termosolar de seguidores con motor Stirling
Cuando la radiación solar se concentra sobre el calentador, éste aumenta enormemente su temperatura y ejerce como la zona caliente del motor. Justo tras el calentador se ubica uno o varios cilindros. El lado opuesto de los cilindros se encuentra a una temperatura muy inferior y es, por tanto, la zona más fría. En algunos casos, la zona fría está refrigerada por agua para conseguir un rendimiento mayor.
Una vez que tenemos los dos focos, el gas (generalmente Helio en este tipo de aplicaciones) ya puede realizar el ciclo termodinámico moviendo los pistones que a su vez se conectarán a un alternador para generar electricidad durante el proceso.
En la actualidad existen varios proyectos y compañías con productos comerciales, si bien su precio lo hacen poco atractivo para instalaciones rentables.
Y bien, ¿por qué emplear una tecnología tan compleja cuando hay disponibles otras mucho más sencillas?
Las ventajas de los sistemas de motor Stirling resultan sorprendentes:
- No requiere de agua, lo que lo hace enormemente competitivo en zonas desérticas que además disponen del mayor número de horas de sol del planeta
- Su rendimiento es muy superior al de una placa fotovoltaica e idealmente, se puede pensar en alcanzar sistemas con una eficiencia global por encima del 50%
- Al no requerir de una fuente de agua o un gran sistema de turbina, se pueden diseñar sistemas más pequeños, pero portátiles.
- Si bien no es aplicable en lo que a energía solar se refiere, los motores Stirling son reversibles. Esto quiere decir, que son capaces de generar electricidad aplicándoles diferencias de temperatura, pero también pueden generar frío y calor si se hace pasar energía eléctrica por su alternador, invirtiendo el proceso.
Por el contrario, frente a sus enormes ventajas, son sistemas que en la actualidad no han llegado a poder competir en precio con el resto de tecnologías y llevan asociados unos gastos de mantenimiento elevados dada la complejidad del sistema.
Aquí os dejamos un interesante documental de la EiTB sobre las utilidad de este tipo de motores.
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