Científicos argentinos construyen un prototipo de motor solar
INFOUNIVERSIDADES/DICYT En la actualidad los motores de combustión externa cobraron interés debido a sus ventajas frente a la escasez de fuentes energéticas no renovables. Es el caso del motor Stirling, creado a principios del siglo XIX, antes del motor de combustión interna. Su resurrección se debe a su versatilidad dado que emplea una fuente de energía externa -como la energía solar concentrada o biomasa para producción de energía eléctrica- y su funcionamiento es silencioso porque no existe explosión en su interior.
Basados en esta tecnología, empresas de Estados Unidos como Stirling Energy Systems y Sunpower construyen plantas de generación eléctrica a partir de energía solar concentrada. En Argentina, ya se realizan aplicaciones con el motor Stirling, como por ejemplo la que se lleva a cabo en la facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Cuyo (UNCuyo). Allí, se construyó un prototipo para utilizar en la generación de frío o calor a pequeña escala. “En el mercado no existen motores de este tipo de baja potencia, de 0,5 kW a 6 kW o se venden como prototipos”, aclara a InfoUniversidades Leonardo Scollo, quien comanda el equipo de investigación. “Estos motores tienen aplicación en plantas solares de generación eléctrica del orden de 1 a 30 kW, como también en equipos domésticos o industriales de cogeneración de calor y electricidad a partir de gas natural o leña”, agrega el ingeniero.
El prototipo de laboratorio de la UNCuyo fue pensado básicamente como un módulo de producción de energía eléctrica a partir de energía solar concentrada, con una potencia de alrededor de 1 kW. La energía solar de la que se alimenta proviene de un “concentrador parabólico” (tipo antena) que sigue el movimiento aparente del sol con un sistema automático.
Para disminuir el tiempo de construcción y sus costos, los ingenieros mendocinos utilizaron un compresor de aire a pistón del tipo Baja-Baja con dos pistones en V. Esto les evitó tener que diseñar partes convencionales del motor y así lograron un avance mas rápido y económico para la fabricación del prototipo. La próxima etapa consiste en realizar los ensayos para comprobar el funcionamiento del motor y luego, su incorporación a un “colector concentrador solar parabólico”. “Una vez finalizado el equipo completo -puntualizó Scollo- se realizará un estudio para su producción en serie y se buscará alguna empresa interesada en fabricarlo. La aplicación posible es generación eléctrica a pequeña escala en lugares aislados con potencias del orden de 1 kW”.
Como el motor Stirling funciona entre dos focos (uno caliente que es su fuente de energía y uno frío) puede servir como refrigerador para muy bajas temperaturas y como bomba de calor que no necesita trabajar con refrigerantes nocivos para el medioambiente. Es decir que la industria tiene en él un posible motor para equipos de aire acondicionado amigables con el medioambiente.
La tecnología empleada es modular, esto es que se pueden colocar varios equipos si se suma su potencia, y escalable. Esto último significa que podrían producirse equipos de hasta 15 kW, cuestión que incentivaría la demanda para su producción industrial. “Otras aplicaciones posibles de la tecnología Stirling, con algo más de desarrollo, son los sistemas de cogeneración de calor y electricidad para edificios, los crioenfriadores (para muy bajas temperaturas) y las bombas de calor (para aprovechar calor del suelo)”, completa el ingeniero.
Cómo funciona un motor Stirling
El motor Stirling funciona entre dos focos (uno caliente que es su fuente de energía y uno frío). La particularidad del ciclo es que es cerrado y de combustión externa, es decir, que no tiene ni entradas ni salidas de fluidos hacia y desde los cilindros. Esto lo hace diferente del motor de combustión interna (el de nuestros autos). En éste hay una entrada de combustible que es mezclado con aire y luego comprimido dentro de un cilindro. Una vez comprimido, con las bujías se emite una chispa que lo enciende y esto es lo que produce la expansión de esa mezcla y el movimiento del pistón y el cigüeñal. Luego de expandirse, los gases de esa combustión se expulsan al exterior por el tubo de escape y el ciclo comienza nuevamente.
El motor de combustión externa, en cambio, cuenta con dos pistones, un calentador, un enfriador y un regenerador. El regenerador es una malla metálica muy porosa, que va colocada entre los dos intercambiadores, el enfriador y calentador, y es por esto que mantiene una gran diferencia de temperatura entre su lado izquierdo y derecho (600 Cº aproximadamente). Gracias a la forma en que están unidos los pistones al cigüeñal, en primer lugar se comprime un gas (aire, helio o hidrógeno) en el enfriador. Luego, este gas comprimido y frío es llevado a través del regenerador hacia el calentador. En este proceso, al pasar por la malla metálica se calienta bruscamente el gas y produce un efecto similar a la explosión en el motor convencional que aumenta su presión a volumen casi constante. Esto provoca la expansión que se produce por último al llegar el gas al calentador, absorbiendo calor de ese foco y entregando movimiento al cigüeñal. El ciclo se cierra cuando el gas vuelve a través del regenerador al enfriador, proceso en el que se enfría bruscamente.