FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICAUniversidad Nacional Pedro Ruiz Gallo

MONOGRAFIA MOTOR STIRLING

CURSO:TERMODINAMICA II

DOCENTE : ING. AMADO AGUINAGA PAZ

ALUMNOS: VILLAR SANDOVAL VICTOR GUSTAVO VASQUEZ TAPIA ROIBER CORDOVA CHAPOAN ISSAC GABRIEL LEON LLANOS JORGE AUGUSTO

CICLO: VI Lambayeque, Marzo de 2015

DEDICATORIA

A NUESTRO QUERIDO DOCENTE POR TODA SU DEDICACION,POR EL COMPROMISO QUE TIENE CON SUS ESTUDIANTESHASTA VER SU APRENDIZAJE Y BUEN DESARROLLO

AGRADECIMIENTO

AGRADESCEMOS A DIOS POR DARNOS VIDA Y SALUD AL IGUAL QUE NUESTROS COMPAEROSPOR SOPORTAR CON PACIENCIA INCONTABLESMOLESTIAS, A TODA NUESTRA FAMILIA QUE EN LOS MOMENTOSMAS DIFICILES HAN PERMANECIDO SIEMPRE AHI, A NUESTROMAESTRO QUE DE UNA U OTRA MANERA HACE POSIBLENUESTRA ENSEANZA, DE ELLA UNA JUVENTUD PENSANDO EN ELFUTURO DE NUESTRA PATRIA

INDICECARATULA.1DEDICATORIA..2AGRADECIMIENTO3INDICE4I. INTRODUCCION..5II. OBJETIVOS.. ....6III. ANTECEDENTES..6IV. MARCO TEORICO..7V. COMO FUNCIONA NUESTRO MOTOR STIRLING?..9VI. MATERIALES..10VII. ANEXOS...12VIII. CONCLUSIONES..............................................................17IV. BIBLIOGRAFIA17X. LINKOGRAFIA..17

I. INTRODUCCIONEl motor Stirling fue originalmente inventado por Sir Robert Stirling, fraile escocs, hacia 1816. En sus inicios compiti efectivamente con el motor a vapor. Perdi inters despus del desarrollo del motor de combustin interna y ha retomado inters en los ltimos aos por varias caractersticas muy favorables que tiene. En particular: Rendimiento:como veremos, el motor Stirling tiene el potencial de alcanzar el rendimiento de Carnot, lo cual le permite, tericamente, alcanzar el lmite mximo de rendimiento. Fuente de Calor Externa:este motor intercambia el calor con elexterior, por lo tanto es adaptable a una gran gama de fuentes de calor para su operacin. Se han construdo motores Stirling que usan como fuente de calor la energa nuclear, energa solar, combustibles fsiles, calor de desecho de procesos, etc. Al ser de combustin externa, elprocesode combustin se puede controlar muy bien, por lo cual se reducen las emisiones. Ciclo cerrado:el fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado y la fuente de calor es externa. Esto hace que este motor sea, potencialmente, de muy bajo nivel de emisiones.Como contrapartida a estas caractersticas favorables, esta el hecho de que el fluido de trabajo es gaseoso, lo cual acarrea dificultades operativas. En la practica, se ha visto que los fluidos de trabajos viables son el hidrogeno y el hielo, ambos por buenas propiedades termodinamicasEn los prximos prrafos veremos elciclo Stirling Terico,funcionamiento delregeneradoryaplicacionesdel Motor Stirling.

II. OBJETIVOS

Aplicar la segunda ley de l termodinmica fabricando un motor Stirling Entender el funcionamiento del motor Stirling Aprender a economizar un proyecto economizando costos. Estudiar y explicar el funcionamiento de una de las maquinas trmicas mas eficiente

III. ANTECEDENTES

El producto oferente se remonta al periodo de 1816 ao en el cual se patento y como respuesta a la necesidad de obtencin de energa mecnica para realizar diversos trabajos en lo cotidiano y para sufragar un bajoconsumode recursos en el aspecto econmico con relacin al motor de vapor existente durante ese periodo. Se le atribuye como creador durante esa poca a Robert Stirling, inventor del motor que conlleva ese nombre en su honor (motor Stirling). El producto contemplo gran utilidad durante larevolucin industrial, debido a que la antigua y existente mquina de vapor eran monstruosas aun y costosas, adems de ineficientes e incluso peligrosas a razn de que suscalderasexplotaban con facilidad.En sus primeros tiempos, fue empleado como fuente depoderpara pequeas maquinas,herramientasybombasdeagua. Posteriormente un barco logro ser movido con un motor de estaclase. Cabe destacar que se realizaronventasposteriormente de ventiladores con una mecha al costado del artefacto. Surgi la perfeccin de lasmquinasde vapor, tambin la creacin del motor decombustininterna y aos despus la disfuncin por medio de lasredeselctrica, originaron el deploro y abandono del motor de aire caliente, como consecuente del hecho, actualmente es desconocido.En el periodo de los 60 surgi a partir de la figura de Philips al desarrollar un generador elctrico y a la par del aparato elsistemaderefrigeracinproduca agua caliente para usos domstico, En la poca de los 70, la necesidad de encontrar motores alternativos dio lugar a la creacin de automviles con el ciclo Stirling, se consign como energticamente ms eficientes y con mejores impactos para elmedio ambiente. Ms recientemente se emplea para obtenerenerga elctricapartir de una fuente calorfica,el sol. En la actualidad es utilizado en los submarinos, yates y ampliamente en refrigeracin, aprovechando al mximo los recursos, desde el mismo calor que produce la mano hasta una humeante taza decafya que solo requiere un diferencial de temperatura para generar energa mecnica.La empresaestadounidense Stirling Energy Systems utiliza este principio para la obtencin de electricidad a partir del sol, captando laradiacinsolar por medio de discos parablicos en donde se sitia el motor Stirling (producen mayor cantidad en porcentaje de electricidad con relacin a los panes solares y con menos espacio). Tambin es empleado en aviacin y en motores de yates entre otros mbitos.

Tipos de motor Stirling

Motores tipo ALFADesde un punto de vista termodinmico, la funcin es similar a la patentada por Stirling, diseado por Rider (Estados Unidos). Consta de dos cilindros, uno se calienta promedio de alcohol y un mechero y el otro se enfra mediante aletas o agua.

Motor tipo betaSe basa en el tipo originalmente diseado por Stirling. Consta de un cilindro el cual presenta una zona fra y otra caliente. En el interior un desplazador permite pasar el aire de una zona fra a caliente.

Motor tipo gammaConsta de dos cilindros separados, uno contiene el separador y el otro un pistn de potencia. Lossistemasde enfriar y calentar son idnticos al de tipo beta, es ms fcil de construir pero menos eficaz que el beta.

Motores especialesSe puede mencionar el Ringboom, la necesidad de simplificar el movimiento del pistn, en 1905 Ossian Ringboom, patenta este motor, el desplazador es movido por las variaciones internas de lapresinen el motor y las fuerzas de gravedad. No era tan exitoso debido a lafuerzarequerida en desplazador, restaba fuerza al movimiento del pistn.

IV MARCO TEORICO

Mecanismo del motor Stirling

Los motores del tipo Stirling clsicamente se dividen segn su configuracin de los espacios de compresin y expansin en las siguientes tres configuraciones (Thombare,2006): Alpha, Beta y Gamma, En la primera configuracin los pistones se encuentran separados en dos cilindros diferentes, los que estn conectados por medio de un regenerador, an siendo los de diseo ms simple tienen el problema de mantener el fluido de trabajo dentro de los cilindros, debido a que ambos pistones se encuentran expuestos al exterior, la segunda utiliza un arreglo que posibilita la inclusin de ambos pistones dentro del mismo cilindro y utilizando el mismo eje de para su movimiento, el problema que supone este tipo de sistema es la complejidad asociada a la coordinacin de los movimientos de ambos pistones. La tercera y ltima es similar a la configuracin beta, pero con los pistones en cilindros separados, de manera que la compresin ocurre en la conexin existente entre cilindros, siendo uno de los ms simples constructivamente.Un motor tipo Gamma simplificado, compuesto de dos cmaras separadas por un regenerador. La cmara superior es llamada espacio de compresin y el inferior espacio de expansin. El pistn superior corresponde al pistn que genera trabajo (pistn de potencia), teniendo cada cmara un intercambiador de calor desde la fuente de baja (cooler) y alta temperatura respectivamente (heater). Por su parte, el pistn interior (desplazador), se encarga de trasladar el gas de una cmara a la otra.

Ciclo Stirling

El ciclo del motor Stirling terico, se compone de cuatro etapas que forman un ciclo cerrado. Estas etapas son : una compresin y expansin isotrmicas (1-2 y 3-4), un aumento y disminucin de la presin a volumen constante (2-3 y 4-1). Entre los puntos 4 y 2 el sistema expulsa calor hacia el sumidero fro (Qrg+Qf), y entre los puntos 2 y 4 el sistema absorbe calor desde la fuente caliente (Qrg+Qc). Gracias al regenerador se puede recuperar el calor Qrg, que no genera trabajo, desde la etapa 4-1 y entregndolo en la etapa 2-3, aumentando as, la eficiencia del sistema.

Diagrama termodinmico P-V con el uso del regeneradorComo el rea encerrada tiene relacin directa con el trabajo generado, mientras mayor sea el salto entre las temperaturas del fluido en la fuente caliente y el sumidero fro (gradiente de temperatura), mayor ser el trabajo til. As tambin, para un motor con una diferencia de presiones mnima y mxima mayor, se tendr el mismo efecto. Por otra parte, el regenerador como se hace notar en la figura 1 disminuye la necesidad de aporte de calor externo al recuperar el calor expulsado en 4-1. Si el regenerador fuese perfecto y las evoluciones 1-2 y 3-4 isotermas, se podra alcanzar el rendimiento de Carnot, de ah la importancia de este elemento en el sistema Stirling.

V. Como funciona nuestro motor Stirling?Este motor funciona con la expansin del aire (cuando se calienta) y la contraccin ( en frio).Cuando el piston desplazador ( estao interno) se mueve hacia arriba, el aire que estaba en la parte fra del cilindro ( en la parte superior), se lanza hacia abajo, ir a la parte mas caliente. En contacto con las paredes calentadas, el aire se calienta y la presin dentro del cilindro aumenta de repente, con el volumen de aire incrementado. En consecuencia, el embolo de trabajo ( hecho con globo) es empujado hacia arriba, haciendo que el cigeal gire. Cuando el piston desplazador se mueve hacia abajo, ocurre lo contrario, ya que el aire caliente que entra, en parte, se mueve hacia arriba, se enfria y se contrae, produciendo un vacio y hacer que el embolo de trabajo para ser aspirados hacia abajo y por lo tanto continuando con la rotacin del cigeal Simplicidad: un detalle importante que hace que este modelo de motor es simple es el hecho de que no tiene vlvulas, pero el aire debe confiando en el interior del motor.Agua: El uso de agua es el enfriamiento del sobrecalentamiento evitando cilindro superior (lado frio), que conserva la mayor diferencia de temperatura posible entre las regiones calientes y frias del motor, mejorando sus rendimiento

Algunas razones por las cuales puede impedir el buen funcionamiento de nuestro motorNotamos que en general los motores no funcionan en dos situaciones: cuando hay fugas de aire o cuando hay exceso de friccin en las partes mvilesPara saber si el motor tiene una fuga de aire, se puede hacer la siguiente prueba viaje al trabajo vstago del piston (globo) del cigeal y tire del globo. Si el mismo de inflado de aire significa que existe un agujero en algn punto ( ya que no habra aire en el cilindro). El globo siempre debe volver al mismo punto en el que estaba antes de comenzar la prueba. Es importante recordar que esta prueba se debe hacer sin fuego.Para averiguar donde esta la fuga, sumerja un punto en el agua y las burbujas de aire se presentan cuando el embolo de trabajo se empuja hacia adentro la fuerza, este es el punto con una posible fuga de aire.

VI. MATERIALES

4 latas de insecticidas o petrleo desengripante, o bien de aire (57 mm de dimetro)

1 lata de arvejas o maz a depsito de agua (73 mm de dimetro)

1 lata de melocotn, para hacer que el horno tostador (102 mm de dimetro)

1 lata de Red Bull (250 ml) o desodorante Axe para el pistn desplazador (53 mm de dimetro) Una otra lata Red Bull para la cubierta del pistn desplazador (53 mm de dimetro o 250 ml)

1 pvc manguito 20, en marrn, reducido a la mitad de su longitud original

1 pvc rodilla 20, de color marrn

1 de 25 por 32 mm manguito de PVC, de color marrn

1 de 32 por 40 mm manguito de PVC, de color marrn Manga 1 pvc 40 por 50 mm, de color blanco

1 2 mm rayos inoxidables bicicleta a la tuerca del pistn desplazador mediante el corte a distancia en medio

1 paraguas ray, para la varilla del pistn desplazador, porque es ms delgado y ms ligero. Pero tambin puede reemplazarlo con una bicicleta 2 mm habl

Dos 2,5 mm bicicletas inoxidable de rayos para el cigeal y la biela del pistn de trabajo

5 CD al volante de direccin

1 pinza para el trabajo de pistn "globo"

globos de 10 "o 8", son ms resistentes que los tradicionales

2 botones de volumen de radio para hacer el pistn exterior, o pueden ser reemplazadas por dos tapas de productos de limpieza con 35 mm de dimetro

2 rodamiento casquillo de insercin encuentra en la platina, donde la diapositiva shifter pistn, o reemplazado por dos monedas de cinco centavos, aburrido con una broca de 2 mm 8 conectores de cable de luz "6 mm" para publicar los rayos y tienen ajuste, se pueden comprar en las tiendas que venden equipos elctricos residenciales

1 tubo de pegamento de silicona de alta temperatura , se puede comprar en tiendas de auto partes

1 estao para soldar y soldar.

VII. ANEXOS

VIII. CONCLUSIONES

La diferencia de temperaturas es el factor fundamental en la velocidad del motor. A ms diferencia de temperaturas, mayor es el era del ciclo termodinmico en la grfica P-V y por lo tanto mayor es el trabajo desarrollado, trabajo que se invierte en aumentar la energa cintica del motor, esto es, su velocidad.

IV. BIBLIOGRAFIA

Raymond, Chang. Qumica.Colombia: Mcgraw- Hill Companies, Inc., 2002.

Weidlich, Erhard. Constitucin Y Funcionamiento De LasPilasDe Combustible. Barcelona: Marcombo Boixareu, 1987.

Prez Bello, Miguel Angel. Tecnologa De Los Motores.

lvarez Flores, Jess Andrs. Mquinas Trmicas Motoras.

Petit, E. El Motor De Explosin.

X. LINKOGRAFIAhttp://news.soliclima.com/divulgacion/eficiencia-energetica/el-motor-stirlinghttp://maurogroth.wordpress.com/2008/12/05/motor-stiling/http://www.es.boehm-stirling.com/inicio.html?gclid=CMb08qO-irACFQKCnQodb1-xNwhttp://fisicaexpdemostrativos.uniandes.edu.co/MotorStirling.html