Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086
$ $emperatura. $emperatura.
;otor tirling
#os #os proc proces esos os isot isot,r ,rmi mico cos( s( basa basado doss en la ley ley de :oy :oyle( le( consideran !ue la presi5n es constante por lo tanto su ecuaci5n es de la )orma
Andres Camilo Aria Cabarcas El motor Stirling Stirling casero es un dispositivo dispositivo elaborado elaborado principalmente principalmente a base de material materiales es obtenibl obtenibles es y reutiliz reutilizable ables, s, que funciona a partir de los los principios bases bases de la termodinamica termodinamica.. El desarrollo desarrollo del mismo busca demostrar dichas leyes y la transformacion de energia termic termica a en difere diferente ntess tipos tipos de ene energí rgía, a, que en este este caso caso es mecanica.
P1V1 = P2V2..$emperatura cte. + +resi5n. 7 7olumen.
;edi ;edian ante te esto estoss prin princi cipi pios os(( es m%s m%s )%ci )%cill ente entend nder er el )unc )uncio iona nami mien ento to del del moto motorr tir tirli ling ng(( el cual cual se basa basa primordialmente primordialmente en la variaci5n de presi5n a causa de los cambios de temperatura.
Motor stirling, Termodinamic Termodinamica, a, Energia, Presion, Temperature, Temperature, luidos, Eficiencia, Maquina Termica, !olumen,
OBJETIVO
Apli Aplica carr y demo demost stra rarr las las ley leyes de la term termod odin inam amic icaa construyendo un motor stirling del cual se pueda analiar el como cada component y su proceso es generado a partir de los conocimientos !ue se "an ad!uirido en el desarrollo del curso.
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Máquin t!rmic. e considera como ma!uina t,rmica a toda a!uella ma!uina donde se usan y obedecen las leyes de la termodin%mica. Algunas m%!uinas pueden ser manuales o autom%ticas pero conservan como base la trans)ormaci5n de la energ'a t,rmica en energ'a alterna( siendo esta 3ltima el,ctrica( mec%nica o potencial.
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Motor "tir#in$. El motor tirling es un dispositivo t,rmico con la capacidad de demostrar las leyes bases de la termodin%mica. Usando como base un )luido !ue se calienta y en)r'a en un ciclo el cual puede ser autosu)iciente. El )uncionamiento del mismo demuestra la trans)ormaci5n de la energ'a t,rmica en energ'a mec%nica.
MARCO TEORICO
#a $ermodin%mica es la rama de la &'sica( ya por muc"os considera considerada da como ciencia( ciencia( !ue se ocupa del estudio d"oy en dia considerada ciencia( y trataa sobre la trans)ormacion de la energia termica y los usos varios !ue se le pueden dar a la misma. En la termodinamica se considera !ue el traba*o puede convertirse en calor y viceversa( ya !ue toda material libera energia en )orma de calor sea entre materiales en contacto o con el medio. +or ende se considera a la termodinamica una ciencia ya !ue estudia los )enomenos desarrollados de energia( siendo ,sta ob*eto de estudio universal !ue permite adelantos tecnologicos e investigativos. -
Procesos termodinámicos. termodinámicos. -1 E/is E/iste ten n vari varios os tipo tiposs de proc proces esos os y ,sto ,stoss a su ve ve est% est%n n rela relaci cion onad ados os con con vari variab able less !ue !ue en algu alguno noss caso casoss son son constantes. osotros "emos destacado tres procesos en nuestro aprendia*e( los cuales son • • •
+roceso 2sot,rmico. +roceso 2som,trico +roceso 2sob%rico.
+ara e)ectos de este traba*o( e/isten dos tipos de procesos !ue parten de la primera ley de la termodin%mica. termodin%mica. Dic"os procesos son el 2sot,rmico y el 2som,trico . El proceso isom,trico se observan en el )uncionamiento del motor al calentar y en)riar el )luido de traba*o a volumen constante. Este proceso es com3nmente conocido como #ey de ay ay #uss #ussac ac en dond dondee la pres presi5 i5n n abso absolu luta ta del del gas gas es directamente proporcional a la temperatura. P1/T1 = P2T2 7olumen cte. + +resi5n. eptiembre eptiembre 09 del 9016
Este motor )ue inventado en 1816 por el )raile escoc,s
% Prtes de# motor stir#in$ -9 Re$enerdor Esta Esta es una parte parte muy importan importante te del motor tirl tirling ing.. El regenerador absorbe y entrega calor al )luido de traba*o( esto 3ltimo variando entre la ona )r'a y la ona caliente permite !ue !ue el cicl ciclo o t,rm t,rmic ico o del del moto motorr tir tirli ling ng se desa desarr rrol olle le convirtiendo la energ'a t,rmica en movimiento E/isten varias disposiciones de los regeneradores( entre los cual cuales es est% est%n n los los est% est%ti tico coss y los los m5vi m5vile les. s. #os #os m5vi m5vile less mayorm mayorment entee est%n est%n dentro dentro del despla desplaad ador or y los est%ti est%ticos cos pueden estar dentro dentro o )uera del cilindro. cilindro.
Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086 Pist&n Esta parte es la !ue realia el traba*o motri( y va conectado al mecanismo de trans)ormaci5n de movimiento. El pist5n es ligero ya !ue el gas realia traba*o durante su e/pansi5n. En nuestro caso usamos un piston de di%metro in)erior al del mecanismo base pero del mismo material y llenado por dentro de aluminio de ba*a densidad. 'es(#)dor Esta parte es la encargada de desplaar el aire de una ona a otra. Esta parte debe ser capa de generar un gradiente de temperatura entre la ona caliente y la ona )r'a. En nuestro caso el despalaador )unciona como un regenerador y esta "ec"o de aluminio( ya !ue ,ste mismo se e/pande al entrar en la ona de caliente y varia al llegar a la ona )ria •
)uncionamiento es similar. &ue dise@ado por
Mecnismo de con*ersi&n de mo*imiento Es el mecanismo !ue "ace posible trans)ormar la energ'a t,rmica en energ'a mec%nica. E/isten varios tipos de mecanismos y los !ue se encontraron para el motor tirling )ueron los siguientes
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Motores ti(o Bet-
El motor original de tirling era de este tipo. Consta de un cilindro( con una ona caliente y una ona )r'a. En el interior del cilindro est% el desplaador cuya misi5n es pasar el aire de la ona )r'a a la caliente y viceversa.
=a> ;ecanismo r5mbico( =b> De manivela y balanc'n( =c> De manivela y cursor( =d> ;ecanismo de Cig?e@al y biela con guia*e lineal( =)> Cig?e@al y biela con guia*e por balanc'n. En este caso nosotros nos "emos decidido en usar el mecanismo de cig?e@al y biela.
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Conc,ntrico con el desplaador se encuentra el pist5n de potencia y mediante un cig?e@al especial el movimiento del pist5n y el desplaador est%n des)asados 0 grados( lo !ue permite !ue el motor )uncione. Desde el punto de vista termodin%mico es el motor m%s e)ica( pero su construcci5n es complicada ya !ue el pist5n debe de tener dos bielas y permitir el paso del v%stago !ue mueve el desplaador.
+ *o#nte Esta es la parte !ue entrega energ'a al ciclo para !ue se produca la compresi5n del )luido de traba*o y tambi,n ayuda a mantener estable el giro del motor.
% Ti(os de motores "tir#in$. E/isten tres principales tipos de motores tirling Motores ti(o A#,-
o utilia pist5n desplaador como en la patente original de tirling( pero desde el punto de vista termodin%mico el
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Motor ti(o mm-
Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086 Primer +e de # Termodinámic
Consta de dos cilindros separados en uno de los cuales se sit3a el desplaador y en otro el pist5n de potencia.
Esta ley se e/presa como 3int = 4 % 5
#os sistemas para en)riar y calentar son id,nticos a los del tipo beta. En este tipo el pist5n de potencia es muc"o m%s sencillo de construir ya !ue es similar al de un motor de motocicleta. Desde el punto de vista termodin%mico es menos e)ica !ue el tipo beta( puesto !ue la e/pansi5n de traba*o se realia en su totalidad a menor temperatura.
Cambio en la energ'a interna en el sistema Calor agregado => B $raba*o e)ectuado por el sistema => otar !ue el signo menos en el lado derec"o de la ecuaci5n se debe *ustamente a !ue se de)ine como el traba*o e)ectuado por el sistema. En nuestro proyecto se identi)ica el aire en el cilindro como un )luido !ue a medida !ue se le suministra calor y el traba*o del mismo para mover el pist5n genera un cambio en la energ'a interna del )luido. +ara concluir( en el sistema la primera ley se identi)ica a partir de los cambios de energ'a interna !ue permite el desplaamiento del pist5n a partir de la e/pansi5n del gas al introducir calor y la compresi5n del mismo al disminuir la temperatura( "aciendo !ue "aya un constante cambio en la energ'a interna del sistema.
"e$und +e de # Termodinámic
En el desarrollo de nuestro proyecto nos decantamos por este motor de tipo gamma )ormado a partir de dos cilindros !ue en nuestro caso "an sido latas de aluminio recicladas y por ende nos brinda muc"a )acilidad en el desarrollo del mismo( al mismo tiempo se e/iste un error es m%s sencillo de corregir ya !ue las pieas son )%ciles de ad!uirir.
#a segunda ley de la termodin%mica establece !ue la energ'a no se destruye solo se trans)orma. En los procesos de combusti5n a medida !ue se realia un traba*o del )luido se genera calor( ,ste calor se reparte en el medio y se considera como energ'a perdida ya !ue no permanece en el sistema( lo cual ser'a lo ideal. B A(#icciones -4 Re,ri$erci&n
B Ti(o de sistem tr0o de ronter El motor tirling es un sistema cerrado donde usamos un )luido( idealmente aislado( !ue obedece al cambio de temperatura. El traba*o de )rontera es realiado por el pist5n a medida !ue el gas se e/pande( el desplaador eleva el pist5n "asta llegar a la ona )r'a !ue lo vuelve a comprimir( "aciendo de ,ste un clico. #as propiedades del sistema dependen tanto de las propiedades intensivas como e/tensivas de las sustancias !ue lo componen. En nuestro proyecto las propiedades intensivas del mismo !ue consideramos m%s importantes son la temperatura( la densidad y la presi5n. Entre las propiedades e/tensivas !ue dependen de la cantidad de sustancias del sistema( podemos resaltar el volumen( la energ'a interna( el traba*o del gas y el peso de los componentes como el del pisto !ue no puede ser muy pesado.
B +ees de # termodinámic
Usar el motor tirling para desarrollar nuevos sistemas de re)rigeraci5n para "ogares es una idea innovadora !ue se podr'a dar( 3nicamente limitada al costo del desarrollo del sistema( pero su e)iciencia la respalda.
Recu(erci&n de Ener$6
El motor tirling solo necesita de un di)erencial de temperatura para poder generar energ'a mec%nica( convirti,ndolo en una alternativa donde otro tipo de m%!uinas no tienen opci5n. •
Autom&*i#
#a principal ra5n del desarrollo de los motores de combusti5n interna la "a tenido el sector del Autom5vil. $ras los primeros desarrollos con m%!uinas de vapor y coc"es el,ctricos( el desarrollo de los motores de combusti5n interna siempre busca acercarse al motor tirling usando e)icientemente la energ'a t,rmica sin desperdiciar el traba*o en )orma de calor.
Universidad Autonoma Del Caribe Cod. Est. 141610086 •
Ener$6 "o#r.
FUno de los usos m%s prometedores del ;otor tirling =;>( es el aprovec"amiento de la radiaci5n solar. Como ya sabemos para "acer )uncionar un ; necesitamos un gradiente de temperatura( el cual la podemos obtener del ol. Al no necesitar una combusti5n( podemos concentrar el calor del ol para "acer )uncionar nuestro motor. +ara concentrar la radiaci5n solar se est%n ensayando en la actualidad discos parab5licos de material re)lectante !ue concentran la radiaci5n en su )oco en donde se sit3a el motor tirlingG. -H Actualmente se busca usar el motor tirling para casos en el espacio y ba*o in)luencia de radiaci5n.
% Vents -I 1. A ni*e# #imentci&nEste motor contin3a en investigaci5n debido a la versatilidad de )uentes de energ'a utiliables para su )uncionamiento( ya !ue al necesitar solamente una )uente de calor e/terna al cilindro( es posible usar una gran variedad de )uentes energ,ticas energ'a solar t,rmica( todo tipo de combustibles( uso de la biomasa( energ'a geot,rmica( etc. 2. Por su rendimientoEl motor tirling es el 3nico capa de apro/imarse al rendimiento m%/imo te5rico conocido como rendimiento de Carnot( de "ec"o te5ricamente lo alcana( por lo !ue en lo !ue a rendimiento de motores t,rmicos se re)iere( es la me*or opci5n. 7. A ni*e# mediom0ient#e puede usar un proceso de combusti5n continua( por lo cual se pueden reducir la mayor parte de las emisiones 8. Por su senci##e)#a mayor'a de los motores tirling tienen los mecanismos y *untas en el )oco )r'o( y por tanto necesitan menos lubricaci5n y duran m%s !ue otras m%!uinas alternativas. 9. Por se$uriddUna ma!uina tirling usa un )luido de traba*o de una 3nica )ase( en el caso nuestro es aire caliente( en)riado por agua en la ona )r'a. :. Por su 0uen res(uest #s 0s tem(ertursArrancan con )acilidad( si bien muy lento y despu,s de un calentamiento inicial. % 'es*ents 1. Encendido #entoUn motor tirling no puede arrancar instant%neamente( primero tiene !ue calentarse.
2. Ti(o de res(uestu me*or uso es en aplicaciones !ue re!uieran una velocidad constante. +ara a*ustar el )uncionamiento de un motor tirling se re!uiere un dise@o cuidadoso y mecanismos adicionales.
R EERE;CIA" -1
"ttpJJKKK.)eriadelasciencias.unam.m/JanterioresJ)eria99J)eriaI6LM01M motorMstirlingMcasero.pd).
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"ttpJJcybertesis.uni.edu.peJbitstreamJuniJLH6J1JagueroMv.pd)
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-4
"ttpsJJmstirling.Kordpress.comJ9008J09J11JaplicacionesBenergiaBsolarJ
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