FABRICACIÓN DEL MOTOR STIRLING
INTEGRANTES DEL GRUPO:
_PALOMINO ALFARO JORGE LUIS
_OCHOA VISURRAGA EDUARDO JOSÉ
_NORIEGA LOPE GERSON JORDAN
_ZAMBRANO ZAVALA JORGE LUIS
_TAPIA SANTOS REYNALDO ARTURO
INTRODUCCIÓN:
El presente trabajo tiene por finalidad dar a
conocer el funcionamiento experimental del motor Stirling, previamente
explicando los procedimientos de construcción y el ciclo que debe cumplir el
gas contenido en dicho motor. El proceso no es complicado pero se observan
algunos inconvenientes por la posición en que se encuentra el tubo de ensayo.
Inconvenientes que se solucionaron gracias al apoyo de cada
integrante del grupo.
OBJETIVOS:
1._Fabricar un motor Stirling.
2._Probar el funcionamiento del motor Stirling.
3._Aprender a trabajar en equipo.
FUNDAMENTO TEÓRICO:
¿QUÉ ES UN MOTOR STIRLING?
Es un dispositivo que cumple la función de convertir trabajo en calor o viceversa por medio de un ciclo termodinámico regenerativo que se basa en la comprensión y expansión de un gas (normalmente helio, nitrógeno, hidrógeno o simplemente aire), operando dicho gas entre dos temperaturas, la del foco frío y el foco caliente. Es una máquina de combustión interna, es decir puede adaptarse a cualquier fuente de energía, sin que afecte el funcionamiento interno del motor.
Es un dispositivo que cumple la función de convertir trabajo en calor o viceversa por medio de un ciclo termodinámico regenerativo que se basa en la comprensión y expansión de un gas (normalmente helio, nitrógeno, hidrógeno o simplemente aire), operando dicho gas entre dos temperaturas, la del foco frío y el foco caliente. Es una máquina de combustión interna, es decir puede adaptarse a cualquier fuente de energía, sin que afecte el funcionamiento interno del motor.
*El motor Stirling cumple con la segunda ley de
la termodinámica: "No existe ningún dispositivo, que operando
por ciclos, absorba calor de una única fuente y lo convierta íntegramente en
trabajo útil" (Enunciado de Clausius).
*Si el calor puede pasar del foco frío al foco
caliente, la energía interna se podría transformar totalmente en trabajo
por cualquier motor térmico o máquina térmica.
HISTORIA DEL MOTOR STIRLING:
Inventado
en 1816 por el reverendo Escocés Robert Stirling, el motor de aire caliente, fue
un intento de simplificación de la máquina de vapor. Stirling consideraba
demasiado complicado calentar agua en una caldera, producir vapor,
expansionarlo en un motor, condensarlo y mediante una bomba introducir
de nuevo el agua en la caldera. Otro impulso para desarrollar un nuevo
sistema fueron los accidentes fatales causados frecuentemente
por las máquinas a vapor, ya que aún no se había inventado el acero y las
calderas explotaban con facilidad.
El
motor de Stirling realizaba los mismos procesos de calentamiento y enfriamiento
de un gas, pero todo dentro del motor y el gas era aire en vez de
vapor de agua, por lo que no necesitaba caldera. Un tipo de motor
bastante común en su época, sobre todo para pequeñas maquinas de
uso domestico tales como ventiladores, bombas de agua etc. Su potencia específica
no era muy elevada, pero su sencillez y silencio eran magníficos.
La
teoría física, el proceso Carnot, fue definido 40 años más tarde. El principio
del funcionamiento es tan solo calentar y enfriar un medio de trabajo, sea aire,
helio, hidrógeno o incluso un líquido. Calentando ese medio se provoca una expansión
del mismo. El medio de desplaza a otra parte del motor dónde es enfriado y el
volumen se reduce de nuevo. Ese cambio de volúmenes activa un pistón que
ejerce el trabajo del motor. Es hermético por lo que siempre se utiliza el
mismo medio en un circuito cerrado (no hay escape del medio de trabajo).
Pero por ser inicialmente
muy común, esa tecnología murió con el invento de los motores Otto
y Diesel, hasta renacer al inicio del siglo XX impulsado por la compañía
Philips en Holanda. La
segunda guerra mundial puso fin a una serie de nuevos desarrollos y solo hace
25 años volvieron a iniciarse nuevas iniciativas y desarrollos.
Hoy en día se utilizan motores Stirling para generar calor,
impulsar submarinos y próximamente en automóviles híbridos.
EL CICLO STIRLING:
El ciclo Stirling es
un ciclo termodinámico del motor Stirling que busca obtener el máximo rendimiento. Por ello, es
semejante al ciclo de Sady Carnot.
A diferencia de la máquina de Carnot, (la cual logra la mayor
eficiencia teórica) esta máquina está constituida por dos isotermas, dos
isócoras y un sistema de regeneración entre las isócoras.
EL CICLO CARNOT:
El ciclo Carnot consta de cuatro etapas: dos procesos isotermos (a temperatura constante)
y dos adiaváticos (aislados térmicamente):
MATERIALES:
1._Un tubo de ensayo de 20 cm.
2._Una jeringa de vidrio de 20 ml.
3._Un corcho de corcho.
4._Una tabla de madera que sujeta a dos varillas.
5._Canicas de colores.
6._Un mechero
7._Un pote de grasa
8._Una botella de ron de quemar
9._Un Alambre galvanizado.
10._Un trozo de equipo de venoclisis
11._Una caja de fósforos
12._Una abrazadera
PROCEDIMIENTO:
1._ Primero se construyó una base de
madera que fue recortada a ciertas medidas, además de hacer unos orificios por
los cuales pasarían unas varillas.
2._ Se armó el soporte de nuestro
motor Stirling que consistió en unir con
tuercas las dos varillas a la base. Las tuercas cumplen la función de mantener
rígida la unión de estos.
3._Luego se obtuvo los materiales siguientes: La jeringa
de vidrio, tubo de ensayo (pírex), canicas, corcho de caucho, grasa, manguera
de plástico, alambre y un mechero.
4._Se colocó una moneda con un
alambre en forma de resorte en la parte final del tubo, estos cumplirían la
función de reducir el impacto de las canicas con la parte final del tubo de
ensayo así el impacto será mínimo y el tubo no sufrirá daños.
5._Se colocó las canicas dentro del
tubo de ensayo.
6._Sé hizo un orificio en el corcho
de caucho por él cual pasaría la manguera de plástico y ya hecho esto se unió
con el tubo de ensayo que tenía las canicas dentro.
7._Una vez sellado el corcho al tubo
de ensaño, la otra parte de la manguera de plástico se unió con la jeringa de
vidrio.
8._Seguidamente se unieron todas las partes en
los lugares correspondientes de cada una de estas, conformando así el motor Stirling.
9._Finalmente se realizaron varias
pruebas para comprobar su funcionamiento si se presentaban fallos simplemente
los corregíamos y lo intentábamos una vez más.
CONCLUSIONES:
- El trabajo que genera este tipo de motor es mecánico.
- El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción.
- El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, por lo que, en lo que a rendimiento de motores térmicos se refiere, es la mejor opción.
- Este motor continúa
en investigación debido a la versatilidad de fuentes de energía utilizables
para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor
externa al cilindro, es posible usar una gran variedad de fuentes energéticas
(energía solar térmica, todo tipo de combustibles, uso de la biomasa, energía
geotérmica, etcétera).
- Después de la variación de temperatura, el
volumen vuelve a ser el mismo que en el inicio, por lo cual notamos la
aplicación de la conservación de un gas ideal.
- A pesar de ser muy eficiente, se verifica que la
potencia es pequeña al tener que darle un impulso para que se muevan los
pistones (generalmente) o la jeringa (nuestro caso).
APLICACIONES:
- Existen equipos formados por grandes
discos parabólicos que reflejan y concentran la luz solar hacia un motor
Stirling, el cual produce energía mecánica que mediante un alternador la
transforma en energía eléctrica, esto servirá para la población rural que no
cuenta con acceso a estos servicios.
- Coches Híbridos: Las investigaciones hechas para automóviles dieron resultados no satisfactorios, porque los motores
Stirling en vehículos son muy lentos y no reaccionan inmediatamente
(cuando te montas en el coche, éste no arranca hasta pasados unos segundos). La
solución puede pasar por construir coches híbridos que utilicen un motor Stirling,
no acoplado directamente a las ruedas, sino acoplados a un generador eléctrico que
a su vez cargue las baterías del coche.
- Aeronáutica: se busca la posibilidad de incorporar este motor, debido a que es silencioso; produce menor contaminación acústica en los alrededores; emite menos vibraciones porque no hay explosión en los cilindros; y el combustible sería menos inflamable y peligroso para los accidentes.
Ya hay estudios que demuestran
que a mayor altitud mejora su potencia. A mayor altura la densidad del aire es
menor igual que el rozamiento de la nave, pero los motores convencionales
pierden potencia por culpa de que no cogen aire suficiente para realizar la combustión,
los motores Stirling no tienen ese problema. A esto hay que sumar el hecho de
que a alturas mayores, menor es la temperatura del aire y por lo tanto, la
diferencia de temperatura entre focos del motor se incrementaría, aumentando
así su rendimiento y potencia.
- Se usa como medio para enfriar equipos electrónicos e imanes superconductores en la investigación.
