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Presentación de Proyecto

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by

Marian Pantaleón

on 1 August 2013

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Transcript of Presentación de Proyecto

Alan Reyes 2005-0715
Joao Rodríguez 2006-0855

Construcción de un Motor Stirling Tipo Gamma en PUCMM, STI
Introducción
La explotación y el uso ineficiente de los recursos necesarios para producir energía, son algunos de los grandes problemas a los que nos enfrentamos en el mundo actual. En este sentido, la búsqueda e implementación de energías alternativas a los hidrocarburos se hace cada vez más importante. Con nuevas opciones como la energía solar y sus diferentes aplicaciones, las posibilidades para la generación de energía se expanden. Una forma de capitalizar el calor obtenido del sol es utilizando un motor de combustión externa, el motor Stirling. Este dispositivo es capaz de aprovechar el calor producido no solo por el sol sino por diversas industrias, dado que solo necesita una fuente calorífica para poder funcionar.
Capítulo 1:
Aspectos Introductorios
Motor Stirling
El Motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling, cuyo objetivo fue tener una fuente de poder menos peligrosa que la máquina de vapor.

El motor funciona gracias al trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas, cuando es enfriado a baja temperatura en un área de trabajo fría y luego calentado en otra área a alta temperatura. Es decir, es necesario tener una diferencia de temperaturas entre dos áreas del motor para poder operar.
Una descripción más
técnica del motor...
Los Motores Stirling son un tipo de motor a ciclo cerrado, lo que significa que el gas de trabajo es usado repetidas veces dentro del motor. Este gas no se escapa al ambiente por lo que no contamina. Dado que el fluido se reutiliza, los motores Stirling pueden ser regenerativos. Esto quiere decir que algo del calor usado para expandir el gas en un ciclo puede usarse nuevamente para expandirlo en el siguiente. Cuando el gas caliente en el motor fluye hacia el regenerador frío, algo de su calor se le transmite y lo calienta. Esto enfría de antemano el gas antes de fluir al lado frío del motor, donde disipará más calor y completará el ciclo
.
Tipos de Motores Stirling
Tipos de Motores Stirling (cont.)
Beta:
Tipos de Motores Stirling (cont.)
Gamma:
Descripción de las Partes
Principales del Proyecto (cont.)
Es una pieza circular acoplada, usualmente, a un extremo de un cigüeñal. Su misión principal es vencer el momento de inercia que se produce cuando el conjunto émbolo-biela se encuentra en uno de sus puntos muertos, lo que ocasiona irregularidades en el funcionamiento del motor.
En conclusión ...
Asesor:
Ing. Carlos Ciriaco, MTE

Una de las ventajas del motor Stirling es su alto rendimiento, cuando se toma como referencia el rendimiento de Carnot. Sin embargo, su debilidad radica en que este rendimiento solo se obtiene a velocidades bajas y su potencia es muy inferior a otros tipos de motores. Por esta razón no ha obtenido mucha atención durante los últimos 100 años, hasta que la necesidad de obtener nuevas fuentes de energía más limpia, llevó a varios investigadores a dedicarle tiempo y mejorarlo.
Alfa:
Es similar al Beta, ya que utiliza el mismo tipo de piezas móviles. Tiene una diferencia importante. El pistón de potencia gamma no comparte un cilindro común con el desplazador. Su diseño emplea dos cilindros distintos. Sin embargo, los espacios de trabajo caliente y frío del cilindro del desplazador requieren la adición de una barrera térmica. Por lo tanto, en su forma más simple, la configuración del Gamma también se compone de cuatro partes de movimiento alternativo y una parte giratoria. Comparte las mismas ventajas que el Beta y también tiene el potencial de ser mecánicamente más simple. Los Gamma son particularmente adecuados para aplicaciones con varios cilindros
.
Motor Stirling tipo Gamma
Tipos de Motores Stirling (cont.)
Pistón Libre:
Tipos de Motores Stirling (cont.)
Rómbico:
Principios de Funcionamiento
Es bastante simple, el gas de trabajo que se encuentra en un cilindro del lado caliente del motor, es calentado por una fuente de calor externa provocando que el gas se expanda. Esta expansión induce el movimiento de un pistón, que lo desplaza hacia el lado frío del motor, lo que llamamos un cilindro de potencia, donde pierde calor y por consiguiente se contrae. El cambio intermitente de volúmenes causa el movimiento del pistón de potencia, el cual produce trabajo al hacer girar un volante, además de enviar el gas de trabajo nuevamente al lado caliente del motor, comenzando el ciclo nuevamente.
Dado que el motor es hermético, el gas no escapa sino que es reutilizado constantemente en un circuito cerrado, dada esta característica no se produce emisión de gases contaminantes al ambiente.
Aplicaciones
Aplicaciones energéticas:
Aplicaciones en barcos y submarinos:
Motores Stirling en el espacio:
Ciclo de Refrigeración:
Capítulo 2:
Partes principales del Proyecto
En éste capítulo se definirán todas las partes del motor Stirling tipo Gamma, mostrando una lista de las piezas que lo componen y definiéndolas, además de especificar el material del que fueron fabricadas. Se mostrará una comparación entre los motores alfa, beta y gamma, presentando las características, más específicas, del tipo gamma, dejándose ver el por qué se eligió este tipo de motor Stirling.
¿Por qué usar un Motor Stirling tipo Gamma?
Se podría decir que este motor es un compromiso entre el tipo alfa y el beta. En un cilindro el desplazador asume su función. En el otro cilindro, el pistón operativo controla las variaciones del volumen global y recupera la energía. Este tipo de motor se utiliza con frecuencia para tomar ventaja de las pequeñas diferencias de temperatura entre la fuente fría y la fuente de calor.
Comparando el motor Stirling tipo gamma con el tipo beta se nota que:
El motor tipo gamma es derivado del beta, pero es más sencillo de construir.

Consta de dos cilindros separados, en uno de los cuales se sitúa el desplazador y en otro el pistón de potencia.

Los sistemas para enfriar y calentar son iguales a los del tipo beta.

En el tipo gamma 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 el tipo gamma es menos eficaz que el tipo beta, puesto que la expansión de trabajo se realiza en su totalidad a menor temperatura.
Se realizó una comparación cualitativa entre las diferentes configuraciones de motores Stirling. Se puede decir que el tipo Alfa posee una alta relación de potencia-volumen, sencillez de mecanismos pero presenta dificultad en el sellado de las cámaras, el tipo beta posee una relación de potencia-volumen inferior a la del tipo Alfa con menores volúmenes muertos y pérdidas, mecanismos complejos y voluminosos, al igual presenta dificultad en el sellado de la cámara, el tipo Gamma presenta mecanismos sencillos, pero posee una relación de compresión baja.
Dado que el motor tipo gamma es más sencillo de construir, además de tener un menor costo de fabricación y que consta de un menor número de piezas móviles (lo cual reduce la complejidad del mismo), por estas razones y otras razones ya mencionadas se tomó la decisión de construir el motor Stirling tipo Gamma.
Descripción de las Partes
Principales del Proyecto
Descripción de las Partes
Principales del Proyecto - Pistones
Son la primera parte móvil de un motor y es receptor y transmisor de la energía que genera una fuerza o trabajo.
Historia del Motor Stirling
Robert Stirling, diseñó y patentó en 1816 un motor térmico que funcionaba sin el peligro de explosiones y quemaduras que tenían los motores a vapor de esa época. Buscaba con este motor simplificar la máquina de vapor, la cual además de ser complicada, dada la tecnología de su época, las calderas de vapor eran peligrosas ya que explotaban con facilidad.
El motor de Stirling realizaba los mismos procesos de calentamiento y enfriamiento de un gas, por lo que no era necesaria una caldera. El francés Sadi Carnot pudo interpretar de forma teórica su funcionamiento para comprender el fenómeno de producir fuerza motriz partiendo del calor que fluye entre dos pistones a distinta temperatura.
Si bien en potencia no podía competir con la máquina de vapor, el motor de Stirling era una máquina mucho más sencilla, barata y segura. También se aseguró un campo de aplicación donde la fuerza no fuera un factor tan decisivo diseñándose así ventiladores y bombas de agua basadas en el principio de la expansión y la compresión del aire.
Abanico Stirling
La máquina de Stirling es un motor de combustión continua. Esto puede ser una gran ventaja a la hora de construir un motor amigable con el ambiente. En este motor, un lado es calentado continuamente, mientras el otro se enfría también de forma continua. Primero el gas se desplaza al lado caliente, donde se calienta y se expande, empujando así un pistón. Luego el gas pasa por un regenerador al lado frio, donde se enfría y se contrae, halando un pistón. El cambio de temperatura dentro del motor produce el cambio de presión necesario para empujar un pistón y hacer correr el motor.
Secuencia de Operación del Motor Stirling tipo Gamma
Motor Stirling tipo Gamma en funcionamiento
Pistón de Potencia:
Es similar a un pistón que se encuentra en un motor de combustión interna. Su trabajo es transmitir la potencia creada por la presión que actúa sobre la cara del pistón al cigüeñal del motor. El pistón se desliza dentro de un cilindro (cilindro de potencia) y está cerrado herméticamente contra las paredes del cilindro con el fin de mantener la diferencia de presión necesaria a través del pistón para poder producir la fuerza motriz.
Pistón Desplazador:
Su propósito es simplemente mover el gas de trabajo dentro del motor, con el fin de calentar y enfriarlo sucesivamente, dando lugar a la expansión necesaria y contracción que facilita el funcionamiento del motor.
Uno de los aspectos más importantes para el funcionamiento de un motor Stirling es el regenerador. Es sumamente necesario hacer uso del regenerador cuando el motor Stirling es presurizado, y, también, cuando el motor tenga grandes dimensiones a pesar de que no esté presurizado. El regenerador absorbe y entrega calor al fluido de trabajo compensando una parte del calor perdido por el motor, haciendo que la potencia y velocidad del motor se incrementen.
Como sólo una de las cuatro fases del ciclo de Stirling produce energía, un volante de inercia se necesita para mantener el motor en marcha durante las dos fases no productoras de energía y una fase de absorción de energía. Esto es crítico en los motores de bajas revoluciones típicamente asociados con un bajo diferencial de temperatura y de baja potencia donde se necesita el momento angular del volante para mantener el motor en movimiento sin problemas, o incluso en absoluto, a través del ciclo.
Volanta:
Capítulo 3:
Cálculos
Pruebas Realizadas
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