Protocolo De Generador Stirling

Diseño de un motor Stirling.

Espinosa Valladolid Victor Alberto

Resumen

Se planea elaborar un generador electrico que aproveche la energía solar. A diferencia de los paneles solares que utilizan materiales especiales para obtener energía a través del efecto fotoelectrico, usando los principios de la termodinamica el motor Stirling puede ser usado como un generador al convertir el trabajo mecanico que genera en potencia electrica a lo largo del día. Este proyecto pretende dar una solucion economica para cualquier negocio o vivienda que ocupe electricidad y de esta manera que no dependa de servicios de alambrado público u otros generadores que usen combustible altamente explosivos o muy toxicos.

Introduccion

La termodinámica clásica es un campo que estudia los problemas de equilibrio térmico, implica índices de rendimiento de variantes de un sistema en el tiempo[1]. Estos incluyen, por ejemplo, la eficiencia, la entrega de poder y otros factores similares, para un proceso termodinámico cuasi-estático. Como una generalización de este concepto la termodinámica en tiempo finito (la que lleva tiempo en cuenta), se puede utilizar para describir la dinámica de la energía y el flujo de entropía en un sistema en No Equilibrio.

Teniendo en consideración cantidades invariables en el tiempo, como la energía, la tasa de refrigeracion, la densidad de potencia o la tasa de entropía, la termodinamica en tiempo finito se ha utilizado con exito en una amplia gama de disciplinas, una de las cuales es la optimizacion del rendimiento práctico de los ciclos de Carnot, ciclo de Otto, el ciclo Diesel, el ciclo Brayton y el Ciclo Stirling.

El motor Stirling es un ejemplo de la amplia clase de máquinas térmicas diseñadas para convertir energía térmica[1]. Los motores de combustión interna, como los motores Otto o Diesel, utilizan la combustión de un combustible de volumen interior prezurisado, mientras que el motor Stirling utiliza una fuente de calor externa para calentar el volumen del fluido de trabajo. El calor puede provenir de los combustión de una biomasa, de la lluvia, del viento o incluso del mismo Sol. Lo que hace posible el funcionamiento de un motor Stirling es la diferencia de temperatura. En comparacíon con los motores de combustión interna, el suministro de combustible o la descarga de los gases de combustión pueden fallar. Pero si se usa una fuente de calor externa limpia, el motor Stirling se convierte en una alternativa para motores que emiten hidrocarburos u otros contaminantes [2]. El principio del motor Stirling se basa un repetitivo ciclo de cuatro tiempos que es conocido como ciclo Stirling (Figura 1).

Figura 1. Ciclo Carnot, Stirling y Ericsson (Diagrama P-V).

Cercas de los últimos 20 años, ha habido implementaciones de disco concentradores de energía solar como fuente de calor para un motor Stirling [3]. Estos han demostrado tener la más alta eficiencia y se han construido en empresas de los Estados Unidos, Alemania, Japón y Rusia [4].

Antecedentes

En este reporte se utiliza el motor Stirling que es clasificado como un tipo de motor de combustión externa del tipo alternativo y puede adquirir diferentes configuraciones. Esto hace que tenga una clasificación independiente, debido a las variaciones en las posiciones de sus componentes. Esta clasificación separa a este motor en 3 clases[f]:

Tipo Alfa: Consta de dos cilindros independientes unidos mediante un ducto; este tipo de motor Stirling no tiene desplazador, pero tiene dos pistones desfasados 90º. Uno de los cilindros se calienta mediante suministro de calor 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.

Tipo Beta: En este tipo, el pistón y el desplazador están en el mismo cilindro, por eso tiene poco volumen muerto, y, por lo tanto, es el de mayor potencia específica de las tres configuraciones. Existe una holgura entre el desplazador y el cilindro para permitir el paso del gas de la zona caliente a la fría y viceversa.

Se encuentra el pistón de potencia concéntrico con el desplazador, y mediante un cigüeñal especial, el movimiento del pistón y el desplazador están desfasados 90 grados, lo que permite que el motor funcione. Su desventaja está en su fabricación, porque ésta es muy complicada y requiere de bastante precisión.

Tipo Gamma: Este tipo es derivado de la configuración beta, pero más sencillo de construir. Consta de dos cilindros separados, en uno de los cuales se sitúa el desplazador y en el otro el pistón de potencia. 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.

Aunque actualmente se han desarrollado modelos nuevos que tratan de mejorar la eficiencia de los motores clásicos o solo se han diseñado para su uso en otros propósitos como son los casos siguientes[g].

Motor Ringbom: Fue inventado por Ossian Ringbom en 1905, es un motor derivado del tipo gamma, con una simplicidad mayor, pues el pistón desplazador no está conectado con el de potencia, sino que oscila libre movido por la diferencia de presiones y la gravedad. Posteriormente se fueron descubriendo pequeñas modificaciones en el motor Ringbom original, que posibilitaba un motor muy simple y tan rápido como cualquiera de los motores clásicos.

Motor de pistón líquido: En este tipo de motor se sustituye el pistón y el embolo desplazador por un líquido. Está formado por dos tubos rellenos de unos líquidos; uno de los tubos actúa de desplazador y otro actúa de pistón. Requiere unos cálculos complicados, y en algunos casos es necesario un tercer tubo llamado sintonizador.

Motor Stirling termo-acústico: probablemente es la evolución última de este motor en el que se simplifica al máximo la mecánica del mismo. No existe el pistón desplazador y por lo tanto carece del sistema de acoplamiento entre los dos pistones del motor original. Funciona gracias a ondas de presión que se generan en el cilindro de gas, de ahí el nombre de “acústico”, merced al calor suministrado en el foco caliente.

Marco Teórico

En el motor Stirling un gas que está confinado en una cámara cerrada, que no sale al ambiente. El gas se desplaza de un extremo a otro de la cámara, cuando está en un extremo y una fuente de calor externa lo calienta; esto hace que se expanda y así se produce la fuerza del motor.

Una vez que alcanza su máxima expansión, el gas se traslada al otro extremo de la cámara, donde se enfría, lo que provoca que se comprima. Después se

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