Robert Stirling - Robert Stirling

Robert Stirling
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Nació ( 25/10/1790 )25 de octubre de 1790
Murió 6 de junio de 1878 (06/06/1878)(87 años)
Nacionalidad escocés
Ciudadanía Reino Unido
Ocupación Ingeniero
Niños Patrick Stirling n. 1820
Jane Stirling n. 1821
William Stirling n. 1822
Robert Stirling n. 1824
David Stirling n. 1828
James Stirling n. 1835
Agnes Stirling n. 1838
Padres) Patrick Stirling y Agnes Stirling
Carrera de ingenieria
Instituciones Universidad de Edimburgo, Universidad de Glasgow
Proyectos motor Stirling

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

Trasfondo y ministerio cristiano

Robert Stirling nació en Fatal Fields, un lugar en Escocia cerca del pueblo de Methven , Perthshire . Robert, miembro del lado Dublane de la familia Stirling, nació de Patrick y Agnes Stirling. Fue uno de los ocho hijos que compartieron Patrick y Agnes. Su abuelo era Michael Stirling, conocido por su invención de la máquina trilladora . Patrick, el padre de Robert, también dedicó un tiempo a experimentar e innovar con equipos agrícolas industriales.

Aunque Robert, como 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 desempeñaría un papel importante en los futuros esfuerzos de ingeniería de Stirling, también asistió a Edimburgo a la edad de 14 años. Robert concluyó sus estudios en Edimburgo y continuó estudiando en la Universidad de Glasgow en noviembre de 1809. En 1814, regresó a la Universidad de Edimburgo. estudiando divinidad por última vez.

Robert fue autorizado para predicar en la Iglesia de Escocia en 1816 por el Presbiterio de Dumbarton . En septiembre de 1816, el comisionado del duque de Portland concedió 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.

Ingenieria 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 1699.

Amonton fue seguido en 1807 por George Cayley, cuyo motor era 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, con mucho, la mayor parte del aire entra por encima del fuego. para ser calentado y expandido; el conjunto, junto con los productos de la combustión, actúa sobre el pistón y pasa por el cilindro de trabajo; y siendo la operación de mezcla simple solamente, no se requiere ninguna superficie de calentamiento de metal, y el aire a calentar se pone en contacto inmediato con el fuego.

Stirling presentó una primera patente para un motor de aire en 1816. El principio del motor de aire Stirling difiere del de Cayley, en el que el aire se fuerza a través del horno y se agota, mientras que en el motor de Stirling el aire funciona en un circuito cerrado. Fue a ello 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 solo podía adaptarse a pequeñas potencias para las que en ese momento no había demanda.

La patente de Stirling 1816 también trataba de un " economizador ", el predecesor del regenerador. En esta patente (# 4081) describe la tecnología "economizador" y varias aplicaciones en las que se puede utilizar dicha tecnología. De ellos surgió un nuevo arreglo para un motor de aire caliente. En 1818, se construyó un motor para bombear agua desde una cantera en Ayrshire, pero debido a problemas técnicos, el motor se abandonó por un tiempo.

Stirling patentó un segundo motor de aire caliente, junto con su hermano James , en 1827. Invertieron el diseño para que los extremos calientes de los desplazadores estuvieran debajo de la maquinaria y agregaron una bomba de aire comprimido para que el aire interior pudiera aumentar la presión para 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 habría que añadir John Ericsson , han traído al mundo la tecnología de los motores de aire caliente y sus enormes ventajas sobre los motores de vapor. Cada uno de ellos vino con su propia tecnología específica, y aunque el motor Stirling y los motores Parkinson & Crossley eran bastante similares, Robert Stirling se distinguió por inventar el regenerador, el primer ejemplo de un intercambiador de calor regenerativo .

Parkinson y Crosley introdujeron el principio de utilizar aire de mayor densidad que el de la atmósfera, y así obtuvieron un motor de mayor potencia en la misma brújula. 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 contra 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 el Instituto 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 (aprox. 61 cm), y realizó 40 carreras o revoluciones en un minuto (40 rpm). Este motor movió toda la maquinaria en la fábrica de Dundee Foundry Company durante ocho o diez meses, y anteriormente se descubrió que era capaz de elevar 700.000 libras un pie en un minuto (aproximadamente 21 HP).

Al encontrar esta potencia insuficiente para sus trabajos, la Dundee Foundry Company erigió el segundo motor, con un cilindro de 16 pulgadas (aprox. 40 cm) de diámetro, una carrera de 4 pies (aproximadamente 1,20 m) y haciendo 28 carreras en un minuto. Este motor ha estado en funcionamiento continuo durante más de dos años, y no solo ha realizado el trabajo de la 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 libras (aproximadamente 45 HP).

Esto da un consumo de 2,7 libras. (aprox. 1,22 kg) por caballo de fuerza por hora; pero cuando el motor no estaba completamente cargado, el consumo era considerablemente inferior a 2,5 libras. (aprox. 1,13 kg) por caballo de fuerza por hora. Este rendimiento estuvo al nivel de las mejores máquinas de vapor cuya eficiencia fue de alrededor del 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 que ahora se conoce como motor Stirling . En 1816, los hermanos Stirling solicitaron una patente en Escocia e Inglaterra para un dispositivo que inventaron, un economizador de calor. La función de esta invención era almacenar y liberar calor a medida que el aire circulaba a través de sus mecanismos. Esto difería de la mayoría de las máquinas térmicas que usaban vapor como método para almacenar y liberar energía.

Mientras estaba en Kilmarnock, colaboró ​​con otro inventor, Thomas Morton, quien proporcionó instalaciones de taller para la investigación de Stirling. En 1818, Stirling había incorporado este economizador de calor en un motor de pistón que creaba un motor térmico de ciclo cerrado, que funcionaba con aire, en contraste con las máquinas 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 pudo 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 al intentar separar el aire presente en el economizador. Esto se hizo haciendo los émbolos en el motor de aire a partir de 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 tuvo éxito en 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 desde la sección caliente del motor a la sección fría del motor. Además, Stirling agregó collares de cuero ahuecados alrededor de los vástagos 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 usar en una fundición de hierro que dirigía 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 barco aéreo. 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 se desmanteló en 1847 después de que Stirling dejara la fundición de hierro de Dundee.

En 1876, Robert Stirling escribió una carta reconociendo 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 neumáticos.

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

Concepto de motor de aire de Rev Stirling, 1827, Hunterian Museum, Glasgow

Vida personal y muerte

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 maquinista de locomotoras
  • 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 el 2 de octubre de 1835, se convirtió en ingeniero de locomotoras
  • Agnes Stirling, nacida el 22 de julio de 1838, se convirtió en artista

El reverendo 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 mediante 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 por 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.

Ver también

Referencias