Marco teorico motor stirling (Informe) PDF

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Marco teorico motor stirling, todos los tipos, primero se habla de motor stirling tipo alpha, continuamos con el beta y terminamos con el gama...

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Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086 

T: Temperatura.

Motor Stirling Andres Camilo Ariza Cabarcas El motor Stirling casero es un dispositivo elaborado principalmente a base de materiales obtenibles y reutilizables, que funciona a partir de los principios bases de la termodinamica. El desarrollo del mismo busca demostrar dichas leyes y la transformacion de energia termica en diferentes tipos de energía, que en este caso es mecanica. Motor stirling, Termodinamica, Energia, Presion, Temperature, Fluidos, Eficiencia, Maquina Termica, Volumen,

Los procesos isotérmicos, basados en la ley de Boyle, consideran que la presión es constante por lo tanto su ecuación es de la forma: P1V1 = P2V2…..Temperatura cte. P: Presión. V: Volumen. Mediante estos principios, es más fácil entender el funcionamiento del motor Stirling, el cual se basa primordialmente en la variación de presión a causa de los cambios de temperatura.

OBJETIVO Aplicar y demostrar las leyes de la termodinamica construyendo un motor stirling del cual se pueda analizar el como cada component y su proceso es generado a partir de los conocimientos que se han adquirido en el desarrollo del curso. MARCO TEORICO

 Máquina térmica. Se considera como maquina térmica a toda aquella maquina donde se usan y obedecen las leyes de la termodinámica. Algunas máquinas pueden ser manuales o automáticas pero conservan como base la transformación de la energía térmica en energía alterna, siendo esta última eléctrica, mecánica o potencial.

La Termodinámica es la rama de la Física, ya por muchos considerada como ciencia, que se ocupa del estudio dhoy en  Motor Stirling. dia considerada ciencia, y trataa sobre la transformacion de la El motor Stirling es un dispositivo térmico con la capacidad de energia termica y los usos varios que se le pueden dar a la demostrar las leyes bases de la termodinámica. Usando como misma. En la termodinamica se considera que el trabajo puede base un fluido que se calienta y enfría en un ciclo el cual convertirse en calor y viceversa, ya que toda material libera puede ser autosuficiente. El funcionamiento del mismo energia en forma de calor sea entre materiales en contacto o demuestra la transformación de la energía térmica en energía con el medio. Por ende se considera a la termodinamica una mecánica. ciencia ya que estudia los fenomenos desarrollados de energia, siendo ésta objeto de estudio universal que permite adelantos Este motor fue inventado en 1816 por el fraile escocés Robert tecnologicos e investigativos. Stirling. En sus inicios, fungió como una gran alternativa al motor de vapor empleado en las locomotoras. Poco a poco fue perdiendo fama debido al desarrollo del motor de combustión - Procesos termodinámicos. [1] Existen varios tipos de procesos y éstos a su vez están interna, el cual generaba una mayor potencia a pesar de la relacionados con variables que en algunos casos son poca eficiencia térmica que presentaba. Con el paso del constantes. Nosotros hemos destacado tres procesos en nuestro tiempo, el motor Stirling se ha vuelto a tomar en cuenta debido a las grandes ventajas termodinámicas que presenta, así como aprendizaje, los cuales son: a su fácil manipulación de ciclo y a su baja emisión de contaminantes. • Proceso Isotérmico. • Proceso Isométrico • Proceso Isobárico. Para efectos de este trabajo, existen dos tipos de procesos que parten de la primera ley de la termodinámica. Dichos procesos - Partes del motor stirling [2] son el Isotérmico y el Isométrico .  Regenerador El proceso isométrico se observan en el funcionamiento del Esta es una parte muy importante del motor Stirling. El motor al calentar y enfriar el fluido de trabajo a volumen regenerador absorbe y entrega calor al fluido de trabajo, esto constante. Este proceso es comúnmente conocido como Ley último variando entre la zona fría y la zona caliente permite de Gay Lussac en donde la presión absoluta del gas es que el ciclo térmico del motor Stirling se desarrolle directamente proporcional a la temperatura. convirtiendo la energía térmica en movimiento Existen varias disposiciones de los regeneradores, entre los P1/T1 = P2T2…… Volumen cte. P: Presión. cuales están los estáticos y los móviles. Los móviles mayormente están dentro del desplazador y los estáticos Septiembre 02 del 2016 pueden estar dentro o fuera del cilindro.

Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086  Pistón Esta parte es la que realiza el trabajo motriz, y va conectado al mecanismo de transformación de movimiento. El pistón es ligero ya que el gas realiza trabajo durante su expansión. En nuestro caso usamos un piston de diámetro inferior al del mecanismo base pero del mismo material y llenado por dentro de aluminio de baja densidad.  Desplazador Esta parte es la encargada de desplazar el aire de una zona a otra. Esta parte debe ser capaz de generar un gradiente de temperatura entre la zona caliente y la zona fría. En nuestro caso el despalazador funciona como un regenerador y esta hecho de aluminio, ya que éste mismo se expande al entrar en la zona de caliente y varia al llegar a la zona fria

funcionamiento es similar. Fue diseñado por Rider en Estados Unidos. Consta de dos cilindros independientes conectados por un tubo en el que se sitúa el regenerador que almacena y cede el calor, en cada uno de los cilindros hay un pistón que se mueve 90 grados desfasado respecto al otro. Uno de los cilindros se calienta mediante un mechero de gas o alcohol y el otro se enfría mediante aletas o agua. El desfase entre los dos pistones hace que el aire, pase de un cilindro a otro calentándose, enfriándose y realizando el trabajo que permite el funcionamiento del motor.

 Mecanismo de conversión de movimiento Es el mecanismo que hace posible transformar la energía térmica en energía mecánica. Existen varios tipos de mecanismos y los que se encontraron para el motor Stirling fueron los siguientes:

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Motores tipo Beta:

El motor original de Stirling era de este tipo. Consta de un cilindro, con una zona caliente y una zona fría. En el interior del cilindro está el desplazador cuya misión es pasar el aire de la zona fría a la caliente y viceversa. (a) Mecanismo rómbico, (b) De manivela y balancín, (c) De manivela y cursor, (d) Mecanismo de Ross, (e) Cigüeñal y biela con guiaje lineal, (f) Cigüeñal y biela con guiaje por balancín. En este caso nosotros nos hemos decidido en usar el mecanismo de cigüeñal y biela.

Concéntrico con el desplazador se encuentra el pistón de potencia y mediante un cigüeñal especial el movimiento del pistón y el desplazador están desfasados 90 grados, lo que permite que el motor funcione. Desde el punto de vista termodinámico es el motor más eficaz, pero su construcción es complicada ya que el pistón debe de tener dos bielas y permitir el paso del vástago que mueve el desplazador.

 La volante Esta es la parte que entrega energía al ciclo para que se produzca la compresión del fluido de trabajo y también ayuda a mantener estable el giro del motor.

- Tipos de motores Stirling. Existen tres principales tipos de motores Stirling: 

Motores tipo Alfa:

No utiliza pistón desplazador como en la patente original de Stirling, pero desde el punto de vista termodinámico el

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Motor tipo Gamma:

Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086  Consta de dos cilindros separados en uno de los cuales se sitúa el desplazador y en otro el pistón de potencia.

Primera Ley de la Termodinámica

Esta ley se expresa como: Uint = Q - W

Los sistemas para enfriar y calentar son idénticos a los del tipo beta. En este tipo el pistón de potencia es mucho más sencillo de construir ya que es similar al de un motor de motocicleta. Desde el punto de vista termodinámico es menos eficaz que el tipo beta, puesto que la expansión de trabajo se realiza en su totalidad a menor temperatura.

Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado por el sistema (W) Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que W se define como el trabajo efectuado por el sistema. En nuestro proyecto se identifica el aire en el cilindro como un fluido que a medida que se le suministra calor y el trabajo del mismo para mover el pistón genera un cambio en la energía interna del fluido. Para concluir, en el sistema la primera ley se identifica a partir de los cambios de energía interna que permite el desplazamiento del pistón a partir de la expansión del gas al introducir calor y la compresión del mismo al disminuir la temperatura, haciendo que haya un constante cambio en la energía interna del sistema.

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En el desarrollo de nuestro proyecto nos decantamos por este motor de tipo gamma formado a partir de dos cilindros que en nuestro caso han sido latas de aluminio recicladas y por ende nos brinda mucha facilidad en el desarrollo del mismo, al mismo tiempo se existe un error es más sencillo de corregir ya que las piezas son fáciles de adquirir.

Segunda Ley de la Termodinámica

La segunda ley de la termodinámica establece que la energía no se destruye solo se transforma. En los procesos de combustión a medida que se realiza un trabajo del fluido se genera calor, éste calor se reparte en el medio y se considera como energía perdida ya que no permanece en el sistema, lo cual sería lo ideal. - Aplicaciones [4] 

Refrigeración

- Tipo de sistema y trabajo de Frontera El motor Stirling es un sistema cerrado donde usamos un fluido, idealmente aislado, que obedece al cambio de temperatura. El trabajo de frontera es realizado por el pistón a medida que el gas se expande, el desplazador eleva el pistón hasta llegar a la zona fría que lo vuelve a comprimir, haciendo de éste un clico. Las propiedades del sistema dependen tanto de las propiedades intensivas como extensivas de las sustancias que lo componen. En nuestro proyecto las propiedades intensivas del mismo que consideramos más importantes son la temperatura, la densidad y la presión. Entre las propiedades extensivas que dependen de la cantidad de sustancias del sistema, podemos resaltar el volumen, la energía interna, el trabajo del gas y el peso de los componentes como el del pisto que no puede ser muy pesado. - Leyes de la termodinámica

Usar el motor Stirling para desarrollar nuevos sistemas de refrigeración para hogares es una idea innovadora que se podría dar, únicamente limitada al costo del desarrollo del sistema, pero su eficiencia la respalda.

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Recuperación de Energía

El motor Stirling solo necesita de un diferencial de temperatura para poder generar energía mecánica, convirtiéndolo en una alternativa donde otro tipo de máquinas no tienen opción. 

Automóvil

La principal razón del desarrollo de los motores de combustión interna la ha tenido el sector del Automóvil. Tras los primeros desarrollos con máquinas de vapor y coches eléctricos, el desarrollo de los motores de combustión interna siempre busca acercarse al motor Stirling usando eficientemente la energía térmica sin desperdiciar el trabajo en forma de calor.

Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086 

Energía Solar.

“Uno de los usos más prometedores del Motor Stirling (MS), es el aprovechamiento de la radiación solar. Como ya sabemos para hacer funcionar un MS necesitamos un gradiente de temperatura, el cual la podemos obtener del Sol. Al no necesitar una combustión, podemos concentrar el calor del Sol para hacer funcionar nuestro motor. Para concentrar la radiación solar se están ensayando en la actualidad discos parabólicos de material reflectante que concentran la radiación en su foco en donde se sitúa el motor Stirling”. [5] Actualmente se busca usar el motor Stirling para casos en el espacio y bajo influencia de radiación. - Ventajas [3] 1. A nivel alimentación: Este motor continúa en investigación debido a la versatilidad de fuentes de energía utilizables para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor externa al cilindro, es posible usar una gran variedad de fuentes energéticas: energía solar térmica, todo tipo de combustibles, uso de la biomasa, energía geotérmica, etc. 2. Por su rendimiento: El motor Stirling es el único capaz de aproximarse al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, de hecho teóricamente lo alcanza, por lo que en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción. 3. A nivel medioambiental: Se puede usar un proceso de combustión continua, por lo cual se pueden reducir la mayor parte de las emisiones 4. Por su sencillez: La mayoría de los motores Stirling tienen los mecanismos y juntas en el foco frío, y por tanto necesitan menos lubricación y duran más que otras máquinas alternativas. 5. Por seguridad: Una maquina Stirling usa un fluido de trabajo de una única fase, en el caso nuestro es aire caliente, enfriado por agua en la zona fría. 6. Por su buena respuesta a las bajas temperaturas: Arrancan con facilidad, si bien muy lento y después de un calentamiento inicial. - Desventajas 1. Encendido lento: Un motor Stirling no puede arrancar instantáneamente, primero tiene que calentarse.

2. Tipo de respuesta: Su mejor uso es en aplicaciones que requieran una velocidad constante. Para ajustar el funcionamiento de un motor Stirling se requiere un diseño cuidadoso y mecanismos adicionales.

REFERENCIAS [1]

http://www.feriadelasciencias.unam.mx/anteriores/feria22/feria367_01_ motor_stirling_casero.pdf.

[2]

http://cybertesis.uni.edu.pe/bitstream/uni/756/1/aguero_zv.pdf

[3]

http://www.seas.es/blog/diseno_mecanico/ventajas-y-desventajas-de-unmotor-stirling/

[4]

https://mstirling.wordpress.com/2008/02/11/aplicaciones-energia-solar/

[5]

https://www.youtube.com/watch?v=ld34FZUnzdI...