Roberto Stirling

Robert Stirling (25 de octubre de 1790 - 6 de junio de 1878) fue un clérigo e ingeniero escocés. Inventó el motor Stirling y fue incluido en el Salón de la Fama de la Ingeniería Escocesa en 2014.

Primeros años

Robert Stirling nació en Fatal Fields, un lugar en Escocia cerca del pueblo de Methven, Perthshire. Miembro del lado de Dublane de la familia Stirling, Robert nació de Patrick y Agnes Stirling. Fue uno de los ocho hijos que compartieron Patrick y Agnes.

Su abuelo fue Michael Stirling, más conocido por su invención de la máquina trilladora. El padre de Robert, Patrick, también pasó un tiempo experimentando e innovando con equipos agrícolas industriales.

Aunque Robert, al igual que su padre y su abuelo, tenía una inclinación natural por la ingeniería, comenzó a asistir a la Universidad de Edimburgo en 1805 a la edad de quince años para estudiar teología con la esperanza de convertirse en ministro. Su hermano James, que jugaría un papel importante en los futuros esfuerzos de ingeniería de Stirling, también asistió a Edimburgo a la edad de 14 años.

Terminó sus estudios en la Universidad de Edimburgo y continuó en noviembre de 1809 para estudiar en la Universidad de Glasgow donde, según Keith Laidler, estudió los clásicos, filosofía, teología y matemáticas, pero probablemente muy poca ciencia. En 1814, regresó a la Universidad de Edimburgo para estudiar teología por última vez.

Robert obtuvo la licencia para predicar en la Iglesia de Escocia en 1816 por parte del Presbiterio de Dumbarton. En septiembre de 1816, el comisionado del duque de Portland otorgó a Stirling el título de ministro como segundo cargo de la parroquia de Laigh Kirk en Kilmarnock. Finalmente, en febrero de 1824, Stirling fue nombrado ministro de la cercana iglesia parroquial de Galston, donde continuó su ministerio hasta 1878.

En julio de 1819, Robert Stirling se casó con Jane Rankine. Juntos, tuvieron siete hijos, cinco hijos y dos hijas.

Ingeniería y ciencia

Historia

Robert Stirling es considerado uno de los padres de los motores de aire caliente. Pocos antes que él se aventuraron a construir motores de aire, siendo Guillaume Amontons el primero en construir un motor de aire caliente en funcionamiento en 1699.

Amontons fue seguido en 1807 por George Cayley, cuyo motor era uno de esos en los que se encierra el fuego y alimentado por aire bombeado debajo de la parrilla en cantidad suficiente para mantener la combustión, mientras que la mayor parte del aire entra por encima el fuego, para ser calentado y expandido; el conjunto, junto con los productos de la combustión, actúa entonces sobre el pistón y pasa a través del cilindro de trabajo; y siendo la operación de mezcla simple solamente, no se requiere una superficie de calentamiento de metal, poniéndose el aire a calentar en contacto inmediato con el fuego.

A Stirling se le ocurrió una primera patente para un motor de aire en 1816. El principio del motor de aire de Stirling difiere del de Cayley, en el que el aire es forzado a través del horno y expulsado, mientras que en Stirling' s motor el aire trabaja en un circuito cerrado. Fue a eso a lo que el inventor dedicó la mayor parte de su atención. Un motor de aire caliente Stirling de dos caballos de fuerza, construido en 1818 para bombear agua en una cantera de Ayrshire, continuó funcionando durante algún tiempo, hasta que un asistente descuidado permitió que el calentador se sobrecalentara. Este experimento demostró al inventor que, debido a la baja presión de trabajo obtenible, el motor sólo podía adaptarse a pequeñas potencias para las que en ese momento no había demanda.

La patente de Stirling de 1816 también se refería a un 'economizador', el predecesor del regenerador. En esta patente (# 4081) describe el "economizador" tecnología y varias aplicaciones donde dicha tecnología puede ser utilizada. De ellos surgió un nuevo arreglo para un motor de aire caliente. En 1818, se construyó un motor para bombear agua de una cantera en Ayrshire, pero debido a problemas técnicos, el motor fue abandonado por un tiempo.

Stirling patentó un segundo motor de aire caliente, junto con su hermano James, en 1827. Invirtieron el diseño para que los extremos calientes de los desplazadores quedaran debajo de la maquinaria y agregaron una bomba de aire comprimido para poder aumentar el aire del interior. en presión a alrededor de 20 atmósferas.

Los dos hermanos Stirling fueron seguidos poco después, en 1828, por Parkinson & Crossley y en 1829 y Arnott. Estos precursores, a los que hay que añadir John Ericsson, han traído al mundo la tecnología de los motores de aire caliente y sus enormes ventajas frente a la máquina de vapor. Cada uno de ellos vino con su propia tecnología específica, y aunque el motor Stirling y el Parkinson & Los motores Crossley eran bastante similares, Robert Stirling se distinguió por inventar el regenerador, el primer ejemplo de intercambiador de calor regenerativo.

Parkinson y Crosley introdujeron el principio de utilizar aire de mayor densidad que la de la atmósfera, y así obtuvieron un motor de mayor potencia en el mismo compás. James Stirling siguió esta misma idea cuando construyó el famoso motor Dundee.

La patente de Stirling de 1827 ha sido la base de la tercera patente de Stirling de 1840. Los cambios con respecto a la patente de 1827 fueron menores pero esenciales. Fue esta tercera patente la que dio origen al motor Dundee.

James Stirling hizo una presentación de su motor ante la Institución de Ingenieros Civiles en 1845. El primer motor de este tipo que, después de varias modificaciones, fue construido y calentado de manera eficiente, tenía un cilindro de 12 pulgadas (aproximadamente 30 cm) de diámetro, con una longitud de carrera de 2 pies (61 cm aprox.), y realiza 40 carreras o revoluciones por minuto (40 rpm). Este motor movió toda la maquinaria en los trabajos de Dundee Foundry Company durante ocho o diez meses, y anteriormente se descubrió que era capaz de levantar 700 000 lbs un pie por minuto (aproximadamente 21 HP).

Encontrando esta potencia insuficiente para sus trabajos, Dundee Foundry Company erigió el segundo motor, con un cilindro de 16 pulgadas (aproximadamente 40 cm) de diámetro, una carrera de 4 pies (aproximadamente 1,20 m), y haciendo 28 golpes en un minuto. Este motor ha estado en funcionamiento continuo durante más de dos años, y no solo ha realizado el trabajo de fundición de la manera más satisfactoria, sino que ha sido probado (mediante un freno de fricción en un tercer motor) hasta el punto de levantar casi 1,500,000 lbs (aprox. 45 HP).

Esto da un consumo de 2,7 lbs. (aprox. 1,22 kg) por caballo de fuerza por hora; pero cuando el motor no estaba completamente cargado, el consumo estaba considerablemente por debajo de 2.5 lbs. (aprox. 1,13 kg) por caballo de fuerza por hora. Este rendimiento estaba al nivel de las mejores máquinas de vapor cuya eficiencia rondaba el 10%. Después de James Stirling, tal eficiencia solo fue posible gracias al uso del economizador (o regenerador).

Motor de aire caliente

El invento más conocido de Robert Stirling es el motor térmico, ahora conocido como motor Stirling. En 1816, los hermanos Stirling solicitaron una patente tanto en Escocia como en Inglaterra para un dispositivo que inventaron, un economizador de calor. La función de este invento era almacenar y liberar calor a medida que el aire circulaba a través de sus mecanismos. Esto difería de la mayoría de los motores térmicos que usaban vapor como método para almacenar y liberar energía.

Mientras estuvo en Kilmarnock, colaboró con otro inventor, Thomas Morton, quien proporcionó las instalaciones del taller para la investigación de Stirling. En 1818, Stirling había incorporado este Economizador de calor en un motor de pistón que creó un motor térmico de ciclo cerrado, que funcionaba con aire, en contraste con los motores de vapor que predominaban en ese momento. Esta versión actualizada del motor térmico se utilizó para bombear agua de una cantera. El motor térmico de Stirling podía funcionar bien, pero estaba limitado por los metales más débiles disponibles en ese momento. Debido a la fragilidad de los materiales utilizados, los recipientes de aire finalmente fueron aplastados por la alta presión del aire caliente.

En 1824, Stirling buscó mejorar la eficiencia de la máquina térmica intentando separar el aire presente en el economizador. Esto se hizo haciendo los émbolos del motor de aire con placas delgadas de metal. Esto fue para mejorar el flujo de aire y ofrecer un mejor calentamiento y enfriamiento del motor. Aunque esta idea recibió una patente, finalmente no logró mejorar la eficiencia general del motor térmico.

En 1840 Stirling recibió otra patente para el motor térmico después de alterar el diseño en un nuevo intento de aumentar la durabilidad. Las mejoras agregadas por Stirling incluyeron la adición de varillas o placas en el pasaje a través del cual viajaba el aire caliente a la sección fría del motor. Al tener estas superficies, el aire podía enfriarse a una temperatura más baja cuando viajaba de la sección caliente del motor a la sección fría del motor. Además, Stirling agregó collares de cuero ahuecados alrededor de las varillas del pistón para sellar los espacios y minimizar la fuga de aire del motor. Después de desarrollar estas mejoras, Stirling construyó dos de estos motores térmicos para usarlos en una fundición de hierro que administraba en Dundee. Uno de estos motores de aire se puso en marcha en marzo de 1843 y funcionó hasta diciembre de 1845 cuando falló un buque de aire. La falla del recipiente de aire podría atribuirse a que los metales no pudieron soportar las altas temperaturas a las que estaba funcionando el motor. Después de reemplazar el recipiente de aire un par de veces, el motor de aire fue desmantelado en 1847 después de que Stirling dejara la fundición de hierro de Dundee.

En 1876, Robert Stirling escribió una carta en la que reconocía la importancia del nuevo invento de Henry Bessemer, el proceso Bessemer para la fabricación de acero. Stirling se mostró optimista de que el nuevo acero mejoraría el rendimiento de los motores de aire.

El desarrollo del motor de aire caliente de Robert Stirling estuvo motivado en parte por la seguridad. Su motor fue diseñado para fallar mucho menos catastróficamente que las máquinas de vapor de la época y obtener una mayor eficiencia. Aunque el motor Stirling rara vez se usa en la actualidad, su capacidad de movimiento aparentemente perpetuo continúa atrayendo el interés de instituciones de investigación como el Laboratorio Nacional de Los Álamos y la NASA.

Rev Stirling's concept air engine, 1827, Hunterian Museum, Glasgow

Vida y muerte personales

El 10 de julio de 1819, Stirling se casó con Jane Rankine en Kilmarnock. Tuvieron siete hijos:

• Patrick Stirling, nacido el 29 de junio de 1820, se convirtió en un ingeniero loco
• Jane Stirling, nacida el 25 de septiembre de 1821, ama de casa
• William Stirling nació el 14 de noviembre de 1822, se convirtió en ingeniero civil e ingeniero ferroviario en América del Sur
• Robert Stirling, nacido el 16 de diciembre de 1824, se convirtió en ingeniero ferroviario en Perú.
• David Stirling, nacido el 12 de octubre de 1828, se convirtió en Ministro de Craigie, Ayrshire
• James Stirling, nacido 2 de octubre de 1835, se convirtió en un ingeniero loco
• Agnes Stirling, nacido el 22 de julio de 1838, se convirtió en artista

Rev. Robert Stirling murió en Galston, East Ayrshire el 6 de junio de 1878. Está enterrado en el cementerio de Galston, donde se erigió una nueva lápida en diciembre de 2014 por suscripción pública en sustitución de la piedra original que estaba en ruinas. Se volvió a dedicar el domingo 3 de mayo de 2015.

Honores

El 11 de enero de 1840, Stirling recibió el título de Doctor en Divinidad de la Universidad de St. Andrews por su excelencia en el ministerio.

El 3 de octubre de 2014, Stirling fue incluido en el Salón de la Fama de la Ingeniería de Escocia.