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BOLETIN OBSERVACION TECNOLOGICA 44

tecnologías emergentes se convierte en una amplificación de la onda acústica existente en el reso-nador, cuya magnitud es la amplitud de presión, a través de un contacto térmico perfecto. El movimiento de la columna de gas hacia adelante y hacia atrás relativo a la contracción y expansión de las parcelas de gas se controla mediante el gradiente térmi-co en el regenerador impuesto por los intercambiadores de calor y un circui-to de resonancia acústica. Los motores exotérmicos aportan el calor al ciclo mediante una transfe-rencia de calor por un dispositivo ex-terno (intercambiador de calor), con lo que dichos motores se pueden utili-zar en cualquier foco externo de calor como en solar, geotermia, procesos químicos y de fisión nuclear, coge-neración, aprovechamiento del calor residual, etc. El ciclo termodinámico teórico Stirling tiene el mismo rendimiento que el ci-clo de Carnot, es decir, que tiene el máximo rendimiento teórico posible que puede tener un motor térmico. Por tanto, en comparación con otros tipos de ciclos termodinámicos teóri-cos, el ciclo Stirling parte inicialmen-te con el máximo rendimiento que se puede alcanzar en un motor térmico. El motor Stirling termo-acústico es la evolución última y más innovadora del motor Stirling convencional, en el que se simplifica al máximo la mecánica del mismo. En su versión termo-acús-tica, el motor Stirling carece de partes móviles, no existen ni el pistón des-plazador ni el de trabajo, y por lo tanto carece del sistema de acoplamiento entre estos dos pistones del motor original. Funciona gracias a ondas de presión que se generan en el cilindro de gas (resonador), de ahí el nombre de “acústico”, merced al calor sumi-nistrado en el foco caliente. Contrariamente a la relativa simpli-cidad de su aplicación práctica, los principios de funcionamiento de los dispositivos basados en la tecnolo-gía termo-acústica son complejos y están fundamentados en un com-pendio de sendas disciplinas de la física, como la termodinámica, la dinámica de fluidos y la acústica de potencia. Análisis de la tecnología La termo-acústica es una tecnología reciente, surgida a finales de la dé-cada de los 80, que ha alcanzado ya cierto grado de madurez en el ámbito académico y experimental, en el que existen diferentes líneas de investiga-ción a nivel mundial, motivadas por la búsqueda de fuentes fiables, baratas y ecológicas de energía. Por lo tanto es necesario trabajar en un prototipo termo-acústico que pueda funcionar como elemento captador de la ener-gía térmica existente en un determi-nado ambiente y que sea capaz de convertirla en energía mecánica, que a su vez pueda ser cedida a un trans-ductor que la transforme y la entregue en forma de energía eléctrica. El verdadero potencial de aplicación del motor Stirling termo-acústico está en aprovechar su característica más notable: su rendimiento. Por ello precisamente, este tipo de motor tér-mico es un magnífico conversor de unos tipos de energía en otros, en particular puede resultar muy eficien-te para transformar la energía radian-te solar en energía eléctrica usando un transductor tipo alternador o di-namo como elemento intermedio. Si se dispone de una superficie que colecte los rayos solares en forma de espejo orientable, sería muy fá-cil hacer llegar el calor al intercam-biador de calor caliente del motor y éste se pondría a funcionar de forma espontánea. Al no haber combustión no existe índice de contaminación (gran ventaja con respecto a otros motores). Ante una ausencia absoluta de recur-sos energéticos, con las innovaciones tecnológicas que se incluyen en el proyecto GENERCUS y que se enu-meran a continuación, se estima una generación de energía de baja poten-cia suficiente como para abastecer los requisitos críticos de un determi-nado emplazamiento, con la activa-ción del motor termo-acústico bien por el calor residual existente de otros equipos adyacentes, bien a partir de una fuente de calor solar. Innovaciones de GENERCUS Los procesos termodinámicos en un motor termo-acústico de onda progresiva son similares a los de un motor Stirling convencional, salvo que en éste último se utilizan partes móviles (pistones), mientras que en un motor Stirling termo-acústico la onda acústica controla la compre-sión, el desplazamiento y la expan-sión del fluido de trabajo (aire o gas noble). De esta manera, el fluido de trabajo realiza trabajo sobre su en-torno al final de cada ciclo de tra-bajo, trabajo que amplifica la onda acústica inicial. En un motor termo-acústico, como en cualquier otro motor, el calor se convierte en energía mecánica. En este caso, el mecanismo de transfor-mación de energía térmica tiene lugar mediante el efecto termo-acústico en el regenerador, componente que queda aprisionado entre los dos inter-cambiadores de calor y actúa como un regulador térmico entre la parte fría y la caliente. Sin este regenera-dor no se darían diferencias útiles de temperatura. Está compuesto de un material poroso en el que el calor se puede almacenar durante un tiempo, por ejemplo lana de acero, malla o es-puma metálica. Para que el efecto termo-acústico se genere espontáneamente es nece-sario imponer un fuerte gradiente de temperatura entre los extremos del regenerador. Para ello es necesario instalar componentes puramente tér-micos (intercambiadores de calor), uno en el extremo caliente y otro en el extremo frío (o ambiente) del regene-rador, los cuáles también son los en-cargados de mantener dicho gradien-te captando y cediendo calor hacia y desde el regenerador. El rendimiento de un generador ter-mo- acústico se mide por la relación entre la cantidad de energía mecánica (acústica) producida a la salida del re-generador y la entrada neta de calor al regenerador. Esa relación se denomi-nada hC (Rendimiento Térmico de Car-not), es la máxima eficiencia posible en la conversión de energía térmica en energía mecánica y suele expresarse en %. Actualmente se alcanzan regis-tros de hC de hasta el 48%. Para conseguir altas eficiencias con un motor termo-acústico debe haber contacto térmico perfecto entre la pared de los poros del regenerador y la capa de fluido adyacente en la que tiene lugar la transferencia de calor. El espesor de esta capa adyacente viene determinado por la profundi-dad de penetración térmica que es del orden de centenas de micróme-tros. El contacto térmico perfecto se da cuando el regenerador tiene un tama- Boletín de Observación Tecnológica en Defensa n.º 44. Tercer trimestre 2014 17


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