Informe de proyecto del curso Cálculo Para la Física III.Motor stirling

[pic 1]

Informe de proyecto del curso Cálculo Para la Física III

[pic 2]

El motor Stirling

ALUMNOS:

• Calderón Gutiérrez, Paul                                             Cód. 1632646
• Marmolejo Minaya, Washington                                    Cód. U18207159
• Ocaña Montalvo, Michel                                            Cód. 1632849

PROFESOR:

• Adolfo Jorge Prado Ventocilla

SECCIÓN: 12830

2020-2

Lima, 16 de Diciembre del 2020

MOTOR STIRLING

1. RESUMEN

En la primera parte de este proyecto, investigaremos y explicaremos acerca de la tecnología Stirling, sobre su estado actual de desarrollo. En la segunda parte del proyecto, modificaremos una maqueta de motor Stirling para adecuarla al uso académico. Al construir, explicar y analizar el funcionamiento de la maqueta del motor se comprenderá algunos principios físicos y químicos involucrados en el funcionamiento, que nos permitirán asimilar donde la protección ambiental es fundamental de esta forma, conseguiremos incentivar que los futuros ingenieros asimilen el motor Stirling como una tecnología actual y válida para obtener energía mecánica de forma casi gratuita un resulto que se logró comprobar es que nos dimos cuenta que la utilización del motor Stirling no es factible en pequeños autos ya que prácticamente es un motor estacionario el cual necesita una fuente de calor constante y no produce tanta fuerza como para mover el mismo. La ventaja de este motor es que funciona con una energía renovable como es el calor.

Palabras Claves:

     Motor Stirling, energía, calor.

1. INTRODUCCIÓN

En la revolución industrial surgen las primeras máquinas que permiten realizar trabajos que antes eran impensables o que requerían mucho tiempo. La máquina que revoluciono la historia fue la máquina de vapor que permitió dar movimiento a locomotoras, barcos y proporcionar energía a la industria. Los inconvenientes de esta tecnología eran que se tenía que controlar la presión de las calderas por peligro de explosión, además de no ser una máquina compacta como un motor de combustión interna. El motor Stirling fue inventado en 1816 por Robert Stirling. El motivo de su creación era rivalizar al motor de vapor. Como no podía superar al motor de vapor en el ámbito industrial, se utilizó para uso doméstico. Las características de este motor son su eficiencia, si tiene integrado un regenerador y su versatilidad para suministrarle calor. Por otra parte, como utilizaba aire a presión atmosférica, era mucho más seguro que la máquina de vapor que trabaja con presiones más altas a la atmosférica. Se llegó a investigar mucho sobre el motor Stirling y mejorarlo, pero con la aparición de los motores de combustión interna, este motor se quedó en desuso, porque no son compactos y no son capaces de entregar mucha potencia. Por otra parte, también se comenzó a distribuir energía eléctrica lo que hace que pierda competitividad frente otras alternativas que daban resultados excelentes. En los 50’s Philips utiliza el motor Stirling para un ciclo de refrigeración. Para temperaturas menores de -40 C° funciona bien. Philips lo utilizaba para generar aire líquido para la industria de criogenización. Posteriormente de Philips surge una nueva empresa dedicada exclusivamente a la criogenización que utiliza los motores Stirling. Esta empresa se llama Stirling Cryogenics. Debido a la crisis del petróleo en los 70’s la industria automovilística desembolsa millones de dólares para buscar una alternativa al petróleo. Las firmas americanas AMC, Ford y GM se ponen a investigar sobre como introducir el motor Stirling en vehículos. La que saco resultados fue AMC que construyo un AMC Spirit con un motor Stirling. No llego a producirse en serie, pero crearon un prototipo funcional. Las conclusiones que sacaron fueron que el motor Stirling puede ser una buena opción para los automóviles eléctricos. Otro de los usos que se le ha dado es el sistema Dish-Stirling. Utilizando un captador parabólico se concentra la radiación solar en un punto, dónde se coloca el motor Stirling. Este equipo sirve para generar energía eléctrica y térmica. Hay varios proyectos en los que se utiliza este sistema uno está en California, Solar Two. Este proyecto lo hizo la empresa estadounidense SES (Stirling Energy Systems). La vista a futuro del motor Stirling es la eficiencia energética. Ya que permite extraer un mayor rendimiento a los procesos de generación de energía. También como ayuda a reutilizar energía de los gases de combustión. En el mundo automovilístico pueden tener gran impacto en los vehículos eléctricos.

1. Fundamento teórico. 

Para realizar el trabajo o la construcción de este Motor Stirling es necesario tener algunos conceptos bien claros.

• CICLO TERMODINÁMICO

El motor Stirling es una máquina térmica que está basada en el ciclo termodinámico Stirling. Este motor funciona a partir de un ciclo cerrado de un gas. Típicamente los fluidos utilizados son el aire, helio e hidrogeno. En el motor se generan dos focos, el frio y el caliente. El foco caliente se encarga de subir la temperatura y la presión, luego este gas caliente y a presión se pasa al foco frio. En el foco frio se aprovecha la presión generada en el desplazador para generar potencia, la consecuencia es una bajada de la presión. Como tenemos que calentar de nuevo el gas para subir la presión el gas también se enfría para volverlo a calentar. Una vez se ha aprovechado la presión, el gas se envía al desplazador de nuevo.

[pic 3]

El motor Stirling ideal es un motor térmico cuya sustancia de trabajo es aire caliente (al que consideramos gas perfecto) y sigue los siguientes procesos:

• Proceso I: Expansión isoterma a la temperatura TC del foco caliente, del cual se absorbe la cantidad de calor
• Proceso II: enfriamiento isócoro desde TC a TF. En este proceso, el regenerador absorbe del aire el calor QRegeneración
• Proceso III: Compresión isoterma a la temperatura TF del foco frío, al cual se cede la cantidad de calor QF
• Proceso IV: Calentamiento isócoro desde TF a TC. Para ello, el regenerador cede al aire la misma cantidad de calor QR que absorbió en el proceso II.

1. Descripción del proyecto

     Para realizar este proyecto tendremos en cuenta el siguiente diagrama.

[pic 4]

1. Objetivos.

Este proyecto busca analizar y comprender el funcionamiento mecánico y termodinámico del motor, esto es una adaptación al modelo original de Stirling.

1. Alcances y limitaciones.

Mediante la construcción de este proyecto podremos observar cuantas RPM puede alcanzar este motor ajustando la tensión del globo. La mayor limitación es no contar con un dispositivo que pueda medir claramente cuantas RPM puede alcanzar el motor.

...