Proyecto Motor Stirling Escuela Superior Politecnica del Litoral

DISEÑO DE UN MOTOR STIRLING PARA LA GENERECIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A BASE DE MATERIALES RECICLABLES.

Idrovo Osorio Jose Luis Crespo Arízaga Miguel Andrés

Tabla de contenido ÍNDICE DE IMÁGENES------------------------------------------------------ii  ÍNDICE DE TABLAS-----------------------------------TABLAS------------------------------------------------------------------------------ii  ii  CAPÍTULO I-------------------------------------------------------------------1 EL PROBLEMA-----------------------------------------------------PROBLEMA----------------------------------------------------------------------------------- 1 Antecedentes de la inesti!aci"n############# inesti!aci"n##################### ################# ################# ################ #########################$ #################$ Sit%aci"n c&n'ict&############## c&n'ict&###################### ################ ################# ################################## ############################################$ ###################$ Ca%sas ( C&nsec%encias############ C&nsec%encias##################### ################# ################ ################# ################# #############################) #####################) Deli*itaci"n del +,&-le*a############# +,&-le*a###################### ################# #################################### ########################################## ############## Plantea*ient& del +,&-le*a###################################################################### O-/eti&s################################################################################################0  1%sti2caci"n e i*+&,tancia######## i*+&,tancia################ ################ ################# ################# #######################################3 ###############################3

CAPITULO CAPITULO II------------------------------------II-------------------------------------------------------------------7 ------------------------------7 MARCO TEÓRICO-----------------------------------------------------------------7 4%nci&na*ient& 4%nci&na*ient& del *&t&, Sti,lin!.################# Sti,lin!.######################### ################# ################# ###########################5 ###################5  Ti+&s de *&t&, *&t&, Sti,lin!################# Sti,lin!######################### ################# ################################### ###########################################6 #################6

Química involucada------------------------------------------------------------!  T,ans7&,*aci"n  T,ans7&,*aci"n de la *ate,ia############## *ate,ia###################### ################# ##############################################8 #####################################8 Le( de l&s !ases.############## !ases.###################### ################ ################# ################# ############################################$9 ####################################$9 C&*-%sti"n de alc&:&l et;lic&.############ et;lic&.#################### ################# #############################################$$ ####################################$$ Etan&l###################################################################################################$$ Las +,&+iedades del alc&:&l et;lic& & etan&l s&n<########################################$$

CAPITULO III----------------------------------------------------------------13 LA METO"OLO#$A----------------------------------METO"OLO#$A---------------------------------------------------------------------------------------- 1% Dise=& ( *&dalidad de la inesti!aci"n############## inesti!aci"n###################### ################# ################# ######################$) ##############$) P,&+%esta de +,&(ect&############################################################################$) P,&cedi*ient&<####### P,&cedi*ient&<############### ################# ################# ################ ################# ##############################################$0 #####################################$0 Est,%ct%,a adici&nal al *&t&, Sti,lin! +a,a !ene,aci"n de ene,!;a.################>9 C&nst,%cci"n del *&del& de %na casa ,e+,esentatia.############ ,e+,esentatia.#################################>9 #####################>9

Bibliografía-----------------------------------------------------------------1

ÍNDICE DE IMÁGENES 1

Ilustración 1. Funcionamien Funcionamiento to del motor Stirling........................................................ Stirling.................................... .................... 7 Ilustración 2. Diagrama Presión vs Volumen..............................................................8 Ilustración 3. Motor Stirling tipo l!a..........................................................................8 Ilustración ". Motor Stirling tipo #eta........................................................................$ Ilustración %. Motor Stirling tipo &ama......................................................................$

ÍNDICE DE TABLAS 'a(la 1. Propiedades del alco)ol et*lico o etanol.....................................................11 'a(la 2. Materiales + )erramientas )erramientas a utili,ar en el motor Stirling......................... Stirling................... .........1" ...1" 'a(la 3. Materiales para el motor Stirling................................................................1% 'a(la ". Materiales + )erramientas )erramientas a usar en la casa representativa....... representativa............. ............ ......... ...1% 1%

CAPÍTULO I EL PROBLEMA Antecedentes de la investigación En 1816 el reverendo escoces Rober !irling i  enconr" una #anera de uilizar las  propiedades de los gases para generar raba$o en una #%&uina &ue ide" ' paen"  bauiz%ndola con el no#bre de #oor !irling(

El #oor !irling realizaba los #is#os )unciona#ienos &ue las #a&uinas a vapor de a&uella a&uella época* pero su proceso proceso era #%s sencill sencillo o ' #enos #enos esrepi esrepios oso* o* ade#%s ade#%s no necesiaba caldera( +ue un #oor #u' uilizado en su época* sobre odo para uso do#ésico* principal#ene en bo#bas de agua ' veniladores(

La#enable#ene* en la acualidad* la ecnología !irling es #u' poco conocida* 'a &ue el #oor de co#busi"n inerna lleg" a ser el de #a'or uilizaci"n en los ca#pos de aplicaci"n aplicaci"n indusrial, indusrial, sin e#bargo* e#bargo* los niveles niveles de cona#inaci" cona#inaci"n n crecienes crecienes producidos producidos  por esos* -an abiero la visi"n de reo#ar las invesigaciones para buscar las alernaivas de uilizar los #oores !irling* -ec-o &ue puede -acerse posible gracias a las nuevas écnicas #ec%nicas* a los nuevos #aeriales ' a las ecnologías acuales( .%gina  de !

 Sit"ación c#n$lict# La e/isencia de con)licos no es eviable en cual&uier %#bio en el &ue se va a dese#pe0ar un raba$o* una invesigaci"n o pro'eco( La creaci"n de un e&uipo laboral sie#pre supone la e/isencia poencial de apre#ios cu'a resoluci"n es )unda#enal para  poder cu#plir los ob$eivos del pro'eco( Lo &ue es eviable es &ue lleguen a alerar  )uere#ene la #arc-a de un pro'eco( La causa li#a de la e/isencia de con)licos es su aparici"n en pro'ecos co#o enidades e#porales &ue se desarrollan denro de orga organi niza zaci cion ones es #%s #%s esa esabl bles es en el ie# ie#po po(( Así* sí* un pro' pro'ec eco o es una una )uen )uene e de co#p co#pei eici ci"n "n por por el uso uso de recur recurso soss &ue &ue la orga organi nizac zaci" i"n n podr podría ía dedi dedicar car a oras oras acividades(

2as%ndonos en nuesro e#a de invesigaci"n* la siuaci"n acual del #edio a#biene se ve cada vez #%s a)ecada por la creciene de#anda de gases invernaderos* &ue#a de co#bus co#busib ibles les )"siles )"siles** ec(* ec(* es allí donde donde nace nace la paricu paricular laridad idad de e#plear e#plear nuevas nuevas alernaivas &ue solucionen ese sise#a acual en el &ue el -o#bre es% in#erso* es co#plicado ca#biar el ru#bo de la -isoria* pero no i#posible( "El gran desafío de hoy en día es salvar el medio ambiente y las condiciones para que se mantenga la vida en la Tierra; para ello necesitamos a los filósofos y a la filosofía" 1.

Ca"sas % C#nsec"encias

5ue#a de  basura

4esec-os s"lidos 4esec-os s"lidos

so pesicidas ' roducos

1 Gaa&de& '#stein( escrior  escrior noruego noruego** auor de novelas novelas** cuenos ' de libros para ni0os( El r%)ico rodado Co#busibles )"siles

La 3 de)oresaci"n

Deli)itación del *&#+le)a El consane creci#ieno indusrial* el e/cesivo uso de #aeriales no biodegradables* los gases e#anados por la &ue#a de co#busibles )"siles son algunas de las causas &ue -an originado consecuencias dr%sicas para &ue nuesra #edio a#biene se deeriore poco a  poco* por ales #oivos nuesra invesigaci"n ' pro'eco se basa en -acer conciencia en las perso persona nas* s* ade# ade#%s %s ra raaa de dar dar a cono conocer cer nuev nuevas as alern alernai aiva vass para para raar raar de conrarresar odo lo &ue el -o#bre -a ocasionado* el #oor !irling es uno de los #oores ér#icos &ue es a#igable con el a#biene ' es #u' e)iciene(

 Plantea)ient# del *&#+le)a *&#+le)a En la acualidad se sabe &ue la gran #a'oría de los procesos indusriales #undiales* se desarrollan con grandes #a&uinarias &ue raba$an ba$o las condiciones de la co#busi"n inerna* los cuales &ue#an co#busibles )"siles desprendiendo gran canidad de gases cona#inanes a la a#"s)era(

Los #oore #ooress ér#ico ér#icoss de co#bus co#busi" i"n n e/ern e/ernaa pro#e pro#een en una posibl posiblee soluci soluci"n "n a los  proble#as energéicos )uuros vinculados a#bién con la obenci"n de energía renovable ' li#pia(

El #oor !irling es un ipo represenaivo de #oor ér#ico* e)iciene ' a#igable con el a#bi a#bien ene e el cual cual podr podría ían n ser ser una una posi posibl blee solu soluci ci"n "n para para los los

prob proble le#a #ass #edi #edio o

a#bien a#bienales ales** debido debido la crecien creciene e escases escases de co#bus co#busib ibles les )"siles )"siles(( Las predic prediccio ciones nes )unda#enadas de &ue el per"leo se agoar% ' la de#anda energéica acual ' )uura -a  per#iido el paso a la invesigaci"n e/-ausiva de nuevas )uenes energéicas las cuales ade#%s deban conrarresar el desasre a#bienal generado durane anos a0os por la co#busi"n de los procesos indusriales ' sus producos cona#inanes(

El #oor solo depende de una )uene cal"rica e/erna independiene de su origen, es decir* se puede aprovec-ar la energía solar* uso de la bio#asa o cual&uier ipo de co#busible( Ade#%s* 7 El motor Stirling es el que ms se apro!ima al rendimiento

.%gina , de !

m!imo teórico producido por una maquina trmica# por lo que se lo puede considerar  como la me$or opción para motores de este tipo %&.

Cenr%ndonos 'a en nuesra invesigaci"n* es i#porane #encionar &ue ese #oor   puede ser de gran uilidad para proveer de energía elécrica a secores rurales o d"nde resula di)ícil el abaseci#ieno de elecricidad* con lo &ue se au#enaría el desarrollo de sus acividades producivas ' por ende* #e$oraría su calidad de vida(

 uesra invesigaci"n consise en de#osrar* de #anera angible* la generaci"n de energía elécrica* la cual ser% propuesa por un Moor !irling ipo 9a##a de pe&ue0as di#ensiones conecada a un generador &ue servir% co#o abaseci#ieno elécrico de un #odelo a escala de una casa represenaiva(

Las li#iaciones a las &ue nos vi#os )orzados durane la invesigaci"n son la )ala de -erra#ienas propias de un aller #ec%nico* el gas uilizado es si#ple#ene aire* siendo #%s reco#endable uilizar -idr"geno o -elio ' la i#posibilidad de consruir un cilindro desplazador oal#ene -er#éico ' presurizado* lo cual represenaría las condiciones "pi#as del raba$o pr%cico(

O+-etiv#s O+-etiv# Gene&al 4ise0 4ise0ar ar ' co#pr co#prob obar ar la e)ica e)icacia cia de un #oo #oorr ipo ipo !irl !irlin ing g :9a# :9a##a #a;; e#pl e#plea eand ndo o #aeriales sencillos ' reciclables para de#osrar su uilidad co#o )uene energéica alernaiva(

O+-etiv#s Es*ec.$ic#s  Consruir un #oor !irling a #odelo escala con #aeriales reciclables ' generar 

energía elécrica co#o c o#o pro'eco educaivo inegrador(  4ar a conocer un #ecanis#o &ue por #edio del calor genere energía renovable(

3 16; ˂ -p?@@es(i=ipedia(org@i=i@MoorB!irling -p?@@es(i=ipedia(org@i=i@MoorB!irling˃ Consulado el 1D de Enero del del 3>16

F

 I#pulsar un pro'eco de #oor ipo !irling &ue pueda ser il para los -ogares '

sobre odo para los secores #arginales(

'"sti$icación e i)*#&tancia Ese pro'eco se $usi)ica por? Los #oores !irling son #u' poco conocidos en la acualidad 'a &ue los #oores de co#bus co#busi" i"n n inern inernaa -an ganado ganado el erreno erreno de la produc producci" ci"n n indus indusrial rial #undia #undial, l, no obsane* con la crisis a#bienal* se es% evaluando la opi#izaci"n de #oores &ue no sean "/icos* por lo &ue ese vie$o ' olvidado inveno del pasado* es% desperando el inerés de las grandes indusrias erresres(

La i#porancia de la invesigaci"n viene dada por la necesidad a pe&ue0a* #ediana o gran escala de obener energía &ue poco a poco susiu'a a la acual )uene energéica* &ue apare de no ener un rendi#ieno "pi#o* -a llenado al planea de cona#inaci"n* e$e#plo de ello son los gases de e)eco invernadero* la lluvia acida &ue desru'e los culivos* el dese&uilibrio de la biodiversidad en ríos lagos ' océanos* ec(

na aplicaci"n direca para los #oores !irling* &ue no re&uiere de la invesigaci"n sise#%ica de las grandes indusrias* de las cuales* de -ec-o* no vere#os resulados -asa pasados varios a0os* es la generaci"n de elecricidad* aprovec-ando la energía #ec% #ec%ni nica ca prod produc ucid idaa por por el #oo #oorr &ue* &ue* cone coneca cado do a un gene generad rador or** serv servir% ir% co#o co#o abaseci#ieno elécrico para poblaciones aparadas ' donde di)ícil#ene o con cosos elevados pueda llegar la energía elécrica convencional(

CAPITULO II MARCO TE/RICO 0"nci#na)ient# del )#t#& Sti&ling1 El )unciona#ieno de un #oor !irling viene dado por dos procesos bien de)inidos* de)inidos*  El   principio de funcionamiento es el traba$o reali'ado por la e!pansión y contracción de .%gina ! de !

un gas (normalmente helio# hidrógeno# nitrógeno o simplemente aire) al ser obligado a  seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío# con lo cual se contrae# y de calentamiento en un foco caliente# con lo cual se e!pande.

En

nuesro nuesro dise0o dise0o** la pare pare in)erior in)erior corresp correspond ondee a la zona de calena#i calena#ien eno* o* ' G

Il"st&ación 21 0"nci#na)ient# del )#t#& Sti&ling

cen cení# í#e ero ross #%s #%s arri arriba ba se encu encuen enr raa la zona zona de en)r en)ria ia#i #ien eno o(( En resu resu#e #en* n* el )unciona#ieno del #oor e#pieza cuando se aplica el su)iciene calor en la pare in)erior* esando el desplazador arriba* con lo &ue se consigue au#enar la e#peraura del gas* au#enando su volu#en ' la presi"n( Ese au#eno de volu#en ' presi"n  per#ie el desplaza#ieno de la zona el%sica :zona del pis"n de )uerza;* &ue al ascen ascende derr ras# ras#i iee su #ovi #ovi#i #ien eno o por por #edi #edio o del cigHe cigHe0a 0all al pis pis"n "n desp desplaz lazad ador  or  des)asado > con respeco al pri#ero* e#pu$%ndolo -acia aba$o( Al descender el pis"n desplazador* desplaza el aire caliene -acia arriba donde se en)ría :dis#inu'en presi"n ' volu#en; -aciendo &ue la zona el%sica reorne a su posici"n inicial* co#pleando el recorrido del cigHe0al( El pis"n de )uerza :zona el%sica;* en su posici"n inicial* vuelve a e#pu$ar el desplazador -acia arriba ' siendo el proceso de ciclo cerrado* se repeir% el  proceso #ienras cuene con la su)iciene e#peraura( El siguiene diagra#a . vs K per#ie observar el proceso ' el %rea encerrada &ue corresponde al ciclo represena el raba$o generado por la #%&uina(

6

Il"st&ación 1 Diag&a)a P&esión vs 5#l")en

4e la gr%)ica se puede deducir &ue* a #a'or %rea* #a'or es la poencia del #oor* enendiéndose &ue* a #a'or di)erencia de e#peraura enre las dos c%#aras* #a'or ser% la poencia el #oor(

Ti*#s de )#t#& Sti&ling 3M#t#& Sti&ling ti*# Al$a13  Consa de dos c%#aras des)asadas enre si >* una zona )ría ' ora caliene conecadas a un cigHe0al* es i#porane #encionar &ue en ese ipo de #oor e/ise perdida de aire en especial en la zona de e#peraura ala(

3M#t#& Sti&ling ti*# Beta13  Ese #oor se caraceriza por poseer un solo cilindro con

Il"st&ación ,1 M#t#& Sti&ling ti*# Al$a

dos zonas* una caliene ' ora )ría( En el inerior del cilindro base* se encuenra el pis"n desplazador ' direca#ene sobre ese ' en el cenro* se encuenra el pis"n de poencia* ' su #ovi#ieno es% des)asado > con respeco al desplazador(

.%gina 4 de !

Il"st&ación 71 M#t#& Sti&ling ti*# Beta

3M#t#& Sti&ling ti*# Ga))a13  4i)iere al anerior por poseer dos cilindros separados* unidos por un cigHe0al* en el pri#ero se coloca el desplazador ' en el segundo el pis"n de poe poenc ncia iass des)a des)asad sadas as enr enree sí >( >( .odr .odr%% decir decirse se &ue &ue son son los los #%s #%s sencil sencillo loss en consruir* pero son #enos e)icienes &ue los dos aneriores(

Il"st&ación !1 M#t#& Sti&ling ti*# Ga)a

6".)ica inv#l"c&ada T&ans$#&)ación de la )ate&ia M%s &ue inenar de)inir la energía* es i#porane enender c"#o se co#pora ésa en diversas siuaciones* algunas de ellas co#unes* ' c"#o se rans)or#a de un ipo a oro( La energía adopa #uc-as )or#as* enre las &ue se inclu'e la energía cinéica* asociada al #ovi#ieno, la energía poencial* relacionada con la posici"n, la energía ér#ica* asociada al #ovi#ieno de las #oléculas ' %o#os de un cuerpo o susancia, ' la energía &uí#ica* &ue se obiene a parir de reacciones &uí#icas(

Cabe recalcar &ue gracias a la rans)or#aci"n la energía se logra esablecer as le' de la conservaci"n de la energía consisiendo en 7 *a energía no se puede crear ni destruir; se  puede transformar de una forma a otra# pero la cantidad total de energía nunca cambia# se mantiene constante& ii

8

Le% de l#s gases1 P&#*iedades de l#s gases iii

E

l esado gaseoso es un esado disperso de la #aeria* es decir* &ue las #oléculas del gas es%n separadas unas de oras por disancias #uc-o #a'o #a'ores res del del a#a a#a0o 0o del del di%# di%#e ero ro real real de las #oléc #olécul ulas( as( Resu Resuel ela a eno enonc nces es** &ue &ue el volu volu# #en ocup ocupad ado o por por el gas gas :K; :K; depe depend ndee de la

 presi"n :.;* la e#peraura :; ' de la canidad o n#ero de #oles :n;(

 !e adapan a la )or#a ' el

volu#en del recipiene &ue los coniene( n gas* al ca#biar de reci recip pien iene* e* se e/pa e/pan nde o se co#pri#e* de #anera &ue ocupa odo el volu#en ' o#a la )or#a de su nuevo recipiene(

reduciendo su volu#en* cuando aplica#os una presi"n( di)unden en )%cil#e )%cil#ene ne(( Al no  !e di)und e/isir )uerza de aracci"n iner#olecular enre sus  parículas* los gases se esparcen en )or#a espon%nea(

 !e de$an co#pri#ir )%cil#ene(

dilaan an** la ener energí gíaa ciné cinéic icaa  !e dila

Al e/isir espacios iner#olecul iner#oleculares* ares* las #oléculas #oléculas se pueden acercar unas a oras

 pro#edio de sus #oléculas es direca direca#en #ene e propor proporcio cional nal a la e#peraura aplicada

En el #oor uilizare#os gas aire co#pri#ido* el cual se enconrar% en la c%#ara de calena#ieno donde es% el pis"n #a'or(

La paricularidad del co#pora#ieno de los gases* )en"#eno observado 'a siglos ar%s  por Jan 2apis van el#onN* per#ii" conocer ' aprovec-ar la versailidad de los gases al ser so#eidos so#eidos a ciera e#peraura* e#peraura* la 5uí#ica 5uí#ica describe #ediane las lla#adas lla#adas le'es de los gases esos ca#bios ' e/plica de )or#a sise#%ica lo &ue ocurre con el volu#en ' la presi"n en )unci"n de la e#peraura( Ese )en"#eno es el principio )unda#enal N Jan 2apis van el#on* :1GD16FF; +ue un &uí#ico* )ísico* al&ui#isa* #édico* ' )isi"logo )la#enco( .%gina 8 de !

del )unciona#ieno de los #oores !irling* los cuales coneniendo gas en un cilindro cerrado* la variaci"n de e#peraura per#ie &ue un pis"n ascienda al au#enar la e#peraura ' descienda al dis#inuirla* el #is#o &ue ir% conecado a un cigHe0al e i#pulsado por un volane de inercia produciendo energía #ec%nica* energía &ue la +ísica describa co#o la su#aoria su#aoria de odas las energías energías :E( poencial poencial 9raviacional* 9raviacional* E( Cinéica* E( poencial el%sica* ec(; Ese volane de inercia ir% conecado #ediane una  banda a #anera de polea con un #oor generador de elecricidad* el &ue servir% co#o abaseci#ieno elécrico de un #odelo a escala de una casa(

C#)+"stión de alc#9#l et.lic#1 ablar

de alco-ol eílico

co#busible calor í)ica

indusrial#ene

renovable

'

es

-ablar

biodegradable

de $uno

una a

)uene una

de

)uene

de ingresos de ingresos culinarios  culinarios ales co#o la elaboraci"n de vinagres* vinos ' licores(

Etan#l El alco-ol eílico o eanol es un co#pueso &uí#ico org%nico &ue usual#ene se e/rae de la ca0a de azcar ' &ue* ade#%s de su uso para bebidas ' aplicaciones indusriales* en las li#as li#as décadas décadas -a sido uilizado uilizado co#o co#busible co#busible en #ezclas con la gasolina* gasolina* las &ue se conocen co#o gaso-ol(

Las *&#*iedades del alc#9#l et.lic# # etan#l s#n:

N#)+&e

0ó&)"la

Eanol

C3GO

P"nt#

P"nt#

de Densidad

de 0"sión 0"sión ;C  ;C

E+"llición ; C g)
N(

6G

>(D1

Ta+la Ta +la 21 P&#*iedades del alc#9#l et.lic# # etan#l

La solubilidad del eanol en agua o gasolina es%n esrec-a#ene in)luenciada por la  presencia de los grupos O* 'a &ue esos ineracan )%cil#ene con las #oléculas del agua #ediane la )or#aci"n )or#aci"n de puenes puenes de -idr"genos( -idr"genos( Los alco-oles alco-oles #enores  #enores es decir  #eano #eanol* l* eanol eanol ' propan propanol* ol* son co#ple co#plea# a#ene ene solubl solubles es en agua( agua( !in e#barg e#bargo o al

1>

ascender en la serie* el grupo -idro/ilo* va perdiendo i#porancia con relaci"n al grupo al&uilo( Ese alco-ol es un lí&uido #uliuso por decirlo así debido a &ue se aplica para la elaboraci"n de resinas* pega#enos* solvenes* ec( Ese -ace &ue su i#ple#enaci"n en cual&uier %#bio sea valorado en gran #anera ' es considerado co#o el segundo li&uido #%s i#porane después del agua(

.er#ie susiuir un co#busible )"sil e i#porado por uno renovable ' producido local#ene( Las reacciones de co#busi"n consisen en la rans)or#aci"n de un -idrocarburo :en ese caso susiuido con un -idro/ilo :O;;* &ue se &ue#a con el o/ígeno del aire al agregarle su)iciene energía( Los producos )or#ados son di"/ido de carbono ' agua :a#bos en )ase gaseosa;( .ara el alco-ol eílico* la reacci"n sería? CNC3O :l; P NO 3 :g; QQ 3CO3 :g; P N3O :g; 9racias 9racias a esa co#bus co#busi" i"n* n* la energí energíaa cal"rica cal"rica produc producida ida se ras)or# ras)or#aa en energí energíaa #ec% #ec%ni nica ca ' prod produc ucee un raba raba$o $o** el cual cual ser% ser% de#o de#os srad rado o con con la gene generac raci" i"n n de elecricidad( El alco-ol absoluo :&ue en realidad es del (GS; se obiene a parir del alco-ol reci reci)ic )icad ado o a0ad a0adien iendo do una una pe&u pe&ue0 e0aa canid canidad ad de benc bencen eno o ' desi desila land ndo o F veces veces apro/i#ada#ene(

CAPITULO III LA METODOLOGÍA Dise># % )#dalidad de la investigación La invesigaci"n ' las variables de esudio se responder%n con)or#e la acu#ulaci"n  bibliogr%)ica ' el pro'eco angible esén co#pleados(

El 4ise0o del #oor !irling* &ue es la pare #%s i#porane de nuesra invesigaci"n se realiz" realiz" -abien -abiendo do esudia esudiando ndo previa previa#en #ene e la dispon disponibi ibilid lidad ad ano ano de los #aeria #aeriales les esruc esrucural urales es co#o co#o las -erra# -erra#ien ienas as necesar necesarias( ias( Ade#%s Ade#%s se acu#ul" acu#ul" la su)icie su)iciene ne .%gina 22 de !

Mate&iales res

laas

@e&&a)ientas de

cilíndr cilíndricas icas de G(G c# de radio ' ' G in)or#aci"n ano bibliogr%)ica i$era $era co#o para para videos* para reducir al #íni#o los errores &ue se c# de alura(  puedan co#eer( corar laa( 2

V = π r h→

FD

P&#*"esta de *&#%ect# 3

G(1D

cm

 uesro pro'eco se basa en la i#ple#enaci"n de un #oor !irling a una casa* res varillas  pe&ue0a* ese #oor solo depende de una )uene cal"rica e/erna independiene de su #e%licas orig origen en por por eso lo conv convie ier ree en un #oo #oorr esac esacio iona nario rio 'a &ue &ue nece necesi siaa una una )uen )uene e resi esise senes a la .la'os( consane del #is#o( orsi"n de 3G c# apro/i#ada#ene Eso se -ace con con el )in de #osrar la uilizaci"n de ese #oor en -ogares d"nde resula 1 laa de an di)ícil el abaseci#ieno de elecricidad* con lo &ue se au#enaría el desarrollo de sus : la#ina de acero .inzas acividades ' por ende* #e$oraría su calidad de vida( recubiera de esa0o; .ara represenar dic-a adapaci"n consrui#os un prooipo de un #oor !irling ' lo Laa de NGG #l( aladro( coloca# coloca#os os en una casa de pe&ue0 pe&ue0as as di#ensio di#ensiones* nes* para para de#os de#osrar rar si es posible posible su 1 laa pe&ue0a Re#ac-adora )unciona#ieno( :la#ina de acero; Re#a Re#acc-es es de 3 1 globo A coninuaci"n se no#brara los #aeriales ' -erra#ienas usadas* a#bién deallare#os c#  paso a paso la consrucci"n del #oor ' su adapaci"n en la casa represenaiva( 3 uercas de 3 !ierra ##( MOTOR STIRLING .iola

Alicae

er#inales

Li$as

elécricos

de

Mate&iales

Cauc-o de llana de biciclea de 3(G c# de

cobre( :Cu;

alo ' N c# de di%#ero( 4os 4os #one #oneda dass de acero acero recub recubie iero ro de 1> diodos LE4Ts Cauín cobre :Cu; de 1(G c# de di%#ero( G c# de pl%s pl%si ico co 4esornilladores !opore para C4Ts :4onde se colocan el aislane o#ado de cd en los e&uipos de sonido; irillas de laa de 1 ## de espesor  algn cable( iras ras de alu#i alu#ini nio o :Al; :Al; de 3 ## de .ega#eno M%&uina espesor  resisene serradora ornillos ornillos de G ## apro/i#ada#ene( Codo 1@ 3 pulgadas( Esa0o( :!n; M arillde o 1@3 ubo ubo de silic silicon onaa resisene

a

.asa

la soldadura

e#pe e#pera raur uraa : de

de

13

 E#pae  E#pae de U pulgadas( C4Ts Ta+la Ta +la ,1 Mate&iales *a&a el )#t#& Sti&ling

CASA REPRESENTATI5A

Mate&iales

@e&&a)ientas

.alo de balsa(

Li$as

!ilicona :polí#ero inorg%nico;

!ierra pe&ue0a

Car"n prensado iras cuadradas de #adera de 1/1 c# de lado Car"n Carulinas de colores ela ela decoraiva con apariencia de césped( Ta+la Ta +la 71 Mate&iales % 9e&&a)ientas a "sa& en la casa &e*&esentativa

P&#cedi)ient#: El procedi#ieno se

lo separ" por eapas para su #e$or e/plicaci"n?

M#dela)ient# del *istón des*la?ad#&1 1( Recora Recora la varilla varilla :brazo :brazo de biela; biela; a poco poco #enos #enos de de 1 c#( 3( Real Realiza izarr un ori)ic ori)icio io con el aladr aladro o en el cen cenro ro de la laa laa de Red 2ull 2ull :pis :pis" "n n desplazador; ' en la apa( N( Recor Recorar ar la laa laa de de Red 2ull 2ull a D c# de la base( base( F( bica bicarr la varil varilla la ' sos sosen ener erla la con las dos uerc uercas as en la base base de la laa laa -acia -acia arriba( G( Recorar Recorar ' reubica reubicarr la apa apa en la la pare superior superior de la laa( laa( 6( Colocar Colocar su)iciene su)iciene silicona silicona para para eviar &ue &ue ingrese ingrese aire al inerior inerior del pis"n pis"n((

M#dela)ient# de la c)a&a cil.nd&ica1 1( Real Realiz izar ar un ori)i ori)ici cio o de 3 c# de di%#e di%#er ro o en uno uno de los lado ladoss del del cili cilind ndro ro desplazador a N c# #edidos desde la pare superior de la laa( 3( Colocar Colocar el desplazador desplazador denro denro del cilindro cilindro desplazad desplazador( or( N( acer acer un aladro aladro de 3## 3## de di%#ero di%#ero en los los cenros cenros de las bases bases de las laas laas de F ' G c# de alura .%gina 2, de !

F( !oldar !oldar los bus-in bus-ines es cada uno en el inerior inerior de a#bas laas laas oal#en oal#enee cenradas cenradas con el ori)icio -ec-o por el aladro( G( Coloca Colocarr la laa de de G c# de alur aluraa sobre sobre el cilin cilindro dro desp desplaza lazador dor ' enre enre el el brazo brazo de biela procurando aplicar un poco de presi"n( 6( !oldar !oldar las zonas zonas en conaco conaco de a#bas a#bas laas ' colocar colocar silicona silicona alrede alrededor dor para para eviar )ugas innecesarias( D( Colocar Colocar la laa de F c# de alura alura sobre sobre la anerior anerior ' enre el brazo brazo de de biela( +. Repeir el lieral G. G.

M#dela)ient# del *istón de $"e&?a1 1( nir nir el el cod codo o al al e#p e#pae ae(( 3( Apare* Apare* recorar recorar la pare delgad delgadaa de un globo globo ' -acerle un un pe&ue0o pe&ue0o ori)icio ori)icio en la  base :en el cenro;( N( acer acer un ori) ori)icio icio en en los cen cenro ro de las las #oned #onedas( as( F( Colocar Colocar las #onedas #onedas una una denro ' ora )uera )uera del globo globo $uso $uso donde donde se encuenran encuenran sus ori)icios ' el del globo( G( .asar una una de las varillas varillas ' su$earla su$earla soldand soldando o el e/re#o e/re#o con la la #oneda #oneda &ue es% denro del globo( 6( Coloca Colocarr el globo ' la varilla varilla sobre sobre el e#pae e#pae de N@F* N@F* su$earlo su$earlo bien bien con el rozo rozo de llan llana a de bicic icicle lea a ' aseg asegur urar ar con con una abra abraza zad dera era de N pulg pulgad adas as apro/i#ada#ene( D( A0adir A0adir silic silicona ona para para preve prevenir nir )uga )ugass de gas( gas(

M#dela)ient# de la c)a&a de en$&ia)ient#( c)a&a de c#nse&vación de cal#& % de la +ase1 C)a&a de en$&ia)ient#1 1( 5uiar 5uiar la la pare pare superi superior or de la la laa de de F c# de de alura( alura( 3( acer acer un ori) ori)icio icio de de N c# de di%# di%#ero ero en en la laa( laa( N( Colocarla Colocarla a G c# de alura alura #edidos #edidos desde desde la base base del cilindro cilindro desplaza desplazador dor $uso $uso al nivel del ori)icio de 3 c# de di%#ero &ue le -ici#os a ese( F( Aravesar Aravesar ' asegurar asegurar nuesro nuesro pis"n pis"n de )uerza )uerza enre enre a#bas a#bas aberuras( aberuras( ,. Asegurar bien ' colocar abundane silicona para &ue no e/isa perdida de gas ano en la uni"n del pis"n de )uerza co#o en la pare in)erior de la c%#ara de en)ria#ieno(

1F

C)a&a de c#nse&vación del cal#& 1( Colo Coloca carr in#e in#edia diaa# a#en ene e ba$o la c%#ara c%#ara de en)ri en)ria# a#ien ieno o la laa laa de 6 c# de alura* la #is#a &ue se encargara de conservar el calor generado por el #ec-ero( 3( !old !oldar ar a#b a#bas as la laas as((

Base 1( o#ar o#ar la laa laa de 1> 1> c# de di%#ero di%#ero ' reirar reirar la apa apa in)erior in)erior(( 3( Recorar Recorar una circun)ere circun)erencia ncia un poco poco #enor #enor a G c# de di%#ero di%#ero &ue &ue correspond correspondee al di%#ero del cilindro desplazador( N( Con Con a'ud a'udaa de las pinz pinzas* as* orce orcerr -aci -aciaa arrib arribaa los los )ilo )iloss de ese agu$er agu$ero o dond dondee &uedar% asegurado el cilindro c ilindro desplazador( F( En una una de las pared paredes es del cilin cilindr dro o #a' #a'or -acer -acer un agu$ agu$er ero o de unos unos 3 de di%#ero* &ue corresponder% al ubo de escape( G( acer un ubo :ubo :ubo de escape; escape; con con alguno alguno de los rozos rozos de laa laa sobrane sobrane de 3 c# de di%#ero ' unos 8 c# de largo( 6( Con la la re#ac-ad re#ac-adora ora asegur asegurar ar el ubo de de escape escape en la regi"n regi"n donde donde se -izo el agu$ero de 3 c# de di%#ero( D( En la #is# #is#aa laa* laa* pero en la pare pare in)er in)erio ior* r* reco recora rarr un cuadr cuadrad ado o de 6/6 c# opuesa al ubo de escape( Ese ori)icio es necesario por&ue per#ie el paso de aire para la co#busi"n del #ec-ero( 8( Colocar Colocar odo nuesro nuesro sise#a sise#a :cilindro :cilindro** c%#ara de en)ria#i en)ria#ieno eno ' calena# calena#ieno; ieno; sobre el agu$ero de la base( ( Con la la a'uda a'uda del pla'o pla'o -acer -acer unas unas irillas irillas de alu#inio alu#inio co#o sopor sopore( e( $9.Con la re#ac-adora asegurar el cilindro a la base(

M#dela)ient# del s#*#&te del cige>al( cige>al % c#l#cación del )is)# S#*#&te del cige>al1 1( acer dos dos sopores sopores de de 1 c# de de anc-o* anc-o* 3 ## de espesor espesor ' 1G 1G c# de alura( 3( aladrar aladrar en la pare superio superiorr -aciendo -aciendo un ori)icio ori)icio en los los e/re#os e/re#os superiores superiores de de cada sopore* del #is#o di%#ero de las varillas &ue esa#os uilizando( 3. aladrar dos agu$eros en la pare in)erior de a#bas bases del di%#ero de los ornillos &ue va#os a uilizar(

.%gina 2! de !

Cige>al1 1( Corar la varilla varilla obenie obeniendo ndo una una de 31(G c# de largo( largo( 3( Con la la a'uda a'uda de pla'o* pla'o* pinza pinza ' prensa consruir consruir el cigHe0 cigHe0al( al( N( A G c# de uno uno de los e/re e/re#o #oss de la vari varill llaa -ace -acerr la pri#e pri#era ra orc orced edur uraa ' conseguir &ue )or#e > enre sí( F( 4el puno puno de orced orcedura* ura* al lado lado #%s largo* largo* #edir #edir 1(D c# ' en ese puno puno orcer  orcer  nueva#ene a la #is#a direcci"n del lado de Gc#( G( 4el puno puno 1(D 1(D c# #edir #edir 1(D 1(D c# #%s #%s ' de él* él* girar la varilla varilla -acia -acia arriba( arriba( 6( 4e la li#a li#a #arca #arca #edid #edida* a* volve volverr a #edi #edirr 1(D 1(D c# ' en ese nive nivel* l* orce orcerr la varilla -acia la #is#a direcci"n a la &ue se encuenra la regi"n inicial de la #is#a( 7. Medir una disancia de 6 c# desde el li#o puno de orcedura ' desde a-í  procurar repeir el proceso -aciendo &ue ese seg#eno o#e la #is#a )or#a &ue el anerior* pero esa vez solo de 1(N c# por lado ' des)as%ndolo > respeco al pri#ero(

C#l#cación del cige>al1 1( Colocar Colocar los er#inal er#inales es elécricos elécricos uno uno en cada cada brazo brazo de cigHe0al cigHe0al :cenro :cenro;; ' usando los rocios de pl%sico de envolura de los cables* asegurarlos para eviar &ue se desplacen de un lado al oro( 3( E/ender E/ender los sopore sopore paralelo paraleloss in#ediaa#en in#ediaa#ene e sobre la la laa de Gc# de alura alura ' G(G c# de di%#ero( :La pri#era apa del cilindro desplazador; obligada#ene en la #is#a línea -orizonal del pis"n de )uerza( N( Aco#odar Aco#odar el cigHe0al cigHe0al -aciénd -aciéndolo olo pasar pasar por los los ori)icios ori)icios superiores superiores de la base* base* sabiendo &ue el e/re#o #%s largo con el codo de 1(N c# de lado* debe esar  $uso sobre el cenro del pis"n desplazador( F( Asegurara Asegurara a#bas a#bas bases con la a'uda a'uda del desornill desornillador ador ' ornill ornillos os a la base de F c# de alo( G( Colocar Colocar el ercer ercer er#inal er#inal en el el pe&ue0o pe&ue0o e/re#o e/re#o del del brazo de biela biela &ue sobresale del cilindro cil indro desplazador( 6( .rolongar .rolongar la la biela enre enre el codo codo #%s #%s grande grande del cigHe0a cigHe0all ' el er#inal er#inal &ue &ue acaba#os de colocar( D( bicar a#bién a#bién la la ora biela biela enre el pis"n pis"n desplaza desplazador dor ' la regi"n regi"n #%s #%s pe&ue0a pe&ue0a del cigHe0al(

16

M#dela)ient# del v#lante de ine&cia1 1( o#ar o#ar res C4Ts C4Ts ' reducir reducir su di%#ero di%#ero con la a'uda a'uda de una li$a li$a #ec%nica( #ec%nica( 3( .egar .egar los los res C4Ts C4Ts con con pega#e pega#eno no 4r( 4r( 2lond( 2lond( N( .egar .egar un cd :sin li$ar; li$ar; de cada lado* lado* de al #anera #anera &ue consiga# consiga#os os una especie especie de zan$a en el #edio( F( .egar el el sopore sopore de C4 C4 en una una de las las caras de de nuesro nuesro volane volane de de inercia( inercia( G( .egar los los conrapesos conrapesos para para au#enar au#enar la rapidez rapidez roacional roacional de nuesro nuesro volane volane de de inercia( 6( bicar el el volane volane de inercia inercia en el cigHe0al cigHe0al al lado lado opueso opueso del pis"n pis"n de de )uerza( 7. acer la pri#era prueba del )unciona#ieno del #oor* colocando agua en la c%#ara )ría ' con a'uda del #ec-ero calenar la base del cilindro desplazador(

Est&"ct"&a adici#nal al )#t#& Sti&ling *a&a gene&ación de ene&g.a1 1( Colocar Colocar el #oor #oor de carro carro de $uguee $uguee :el :el cual i#pulsad i#pulsado o por una una )uerza )uerza e/erna* e/erna*  puede generar ciera energía elécrica; el écrica; $uso ba$o el volane de inercia* eniendo especial cuidado en la direcci"n de giro para la cual el #oor elécrico genera corriene( 3( A0adir A0adir la polea polea la cual no debe debe e$ercer e$ercer ana ana ensi"n ensi"n enre enre el #oor #oor ' el volan volanee de inercia( N( Coloca Colocarr los diodos diodos LE4Ts LE4Ts en serie o en paralelo paralelo en los e/re#o e/re#oss de los cables cables salienes del #oor(

C#nst&"cción del )#del# de "na casa &e*&esentativa1 &e*&esentativa1 Consruir un #odelo de una casa de pe&ue0as di#ensiones para co#ple#enar el uso del #oor !irling co#o )uene energéica alernaiva(

Bi+li#g&a$.a al? @. e. >99). -a investigación conta(letri(utaria teor*a + pr/ctica. And,ade? R. D. >99). -egislación económica del 0cuador . %it&< A-(a#ala. Be,-ian? C. (. $868. 0l pro+ecto de investigación. Intoriducción a la metodolog*a. Blanc:a,d? Oliie, ( Pe,&tti? R&-e,t&. $888.  n 0mpirical )aracteri,ation ! ')e D+namic 0ects o! )anges In &overment Spending nd 'a4es n utput. .%gina 24 de !

B,ennan? Ge&,e( ( B%c:anan? 1a*es M. $869. ')e Po5er to. Ca*-,id!e B&&Fs. B%st&s? 1. >995. 0l impuesto del valor agregado + el r6gimen de !acturación en el impuesto a la renta.  %it&< Ceall&s. Ca*+&s? R. M. >990. -a investigación cient*ca paso a paso . Ca,l&s? M. >99). In!orme nacional so(re desarrollo )umano. As%nci"n. Ca,,asc&? Ca,,asc&? C. M. $9 de 95 de >9$>. -os impuestos nancian el 9: del Presupuesto del 0stado . Cent,& Inte,a*e,ican& de Ad*inist,aci&nes T,i-%ta,ias? C. >996. 0strategias para la Promoción del umplimiento Voluntario. G%ate*ala. Ce,da? R&d,i!& A. G&nHles? @e,*ann ( La!&s? L%is 4eli+e. >990. 0!ectos Din/micos de la Pol*tica Fiscal. c&di2caci"n? @. n. >990. O-tenid& de :tt+9D. >9TRIBUTARIO.d&c C&*e,ci&? D. E. > de 9$ de >9$). elcomercio.com.ec. O-tenid& de :tt+996. O-tenid& de C&ns&,ci& +a,a el de,ec:& s&ci&#a*-iental< :tt+9 de $9 de >996. O-tenid& de C&nstit%ci"n >996 de/e*&s el +asad& at,s< :tt+
C&nstit%(ente? A. >996. onstitución de la 995. -a transparencia del presupuesto del estado ecuatoriano. %it&< C&,+&,aci"n de Est%di&s +a,a el Desa,,&ll&. D;aH? A. >9$>. dspace.utpl.edu.ec. O-tenid& de :tt+)03568J)$68J$JDiaH >9G%H*an>9Ad,iana>9G%isela.+d7  D&*;n!%eH? A. M. >9$9. La n%ea asistencia *%t%a en el *-it& de la ,eca%daci"n. -= 5? #$3. Ec%ad&,? B. C. 9$ de 93 de >9$. (ce.n.ec. Rec%+e,ad& Rec%+e,ad& el >8 de 95 de >9$? de 18

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i Rober !irling* religioso e ingeniero inglés* nacido en Cloag :Escocia; el 3G de ocubre de 1D> ' #uero en 18D8* al &ue se aribu'e la invenci"n del #oor de aire caliene* conocido a#bién co#o #oor !irling(

ii -p?@@(correodel#aesro(co#@publico@-#lG>F3>1F@capiuloN -p?@@(correodel#aesro(co#@publico@-#lG>F3>1F@capiuloN@capiuloB>N(-#l @capiuloB>N(-#l

iii !e deno#ina gas al esado de agregaci"n de la #aeria en el cual* ba$o cieras condiciones de e#peraura ' presi"n* sus #oléculas ineraccionan solo débil#ene enre sí* sin )or#ar enlaces #oleculares* adopando la )or#a ' el volu#en del recipiene &ue las coniene ' endiendo a separarse* eso es* e/pandirse* odo lo posible por su ala energía cinéica(