Guia Del Motor Stirling (1)

LABORATORIO DE TECNOLOGAS LIMPIAS

PROFESOR JAIME EDDY USSA GARZN

Cdigo: FMVI050126

GUA DE LABORATORIO

MOTOR STIRLING

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Asignatura: ________________________ Docente: _________________________ Integrantes: _______________________ _______________________ _______________________ _______________________ Grupo: _____________ Fecha: __________________

1. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE

Demostrar la conversin directa de energa trmica en energa mecnica en un ciclo Stirling.

2. APLICACIN DE LA INGENIERA AMBIENTAL

En qu proceso productivo puede ser suficiente una fuente de energa con el ciclo Stirling? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

El motor Stirling puede ser considerado una tecnologa apropiada? Justifique su respuesta ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Qu combinaciones de energas renovables pueden implementarse para potencializar el motor Stirling? ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Qu ventajas y desventajas presenta el motor Stirling en comparacin con el motor convencional de vapor? _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. CONOCIMIENTOS FUNDAMENTALES

2.1 Historia Descubrimiento: El ciclo de Stirling fue desarrollado por un Ministro de la Iglesia de escocia, Robert Stirling. En 1816 solicit una patente sobre el motor. El dispositivo estaba en la forma de



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un motor de viga invertida. Su motor presentaba el ciclo cerrado de aire de los motores de hoy en da y se bas en el calentamiento y enfriamiento del gas por una fuente de calor externa. En los das de Stirling la fuente de calor externa era la quema de carbn. Motores de tipo Stirling fueron producidos en grandes cantidades en la dcada de 1860 para el uso donde se requiere una fuente confiable de baja potencia. Los motores originales se hicieron obsoletos por la mquina de vapor ms eficiente y slo vio un resurgimiento del inters en la dcada de 1950 que no ganaron ritmo hasta la dcada de 1970 despus de la crisis mundial del petrleo.[1]

2.2 Conceptos generales: Para investigar (Concepto y como se determina) Eficiencia trmica: _____________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Torque: _____________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Potencia de eje: _____________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Voltaje: _____________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Ciclo cerrado: _____________________________________________________________ _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________



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_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Ciclo abierto: _____________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. MATERIALES

Motor de Ciclo Stirling

Figura 1. Motor de Ciclo Stirling con la consola y la Unidad de Servicio de Transferencia de Calor H112R

Figura 2. Detalle del Motor de Ciclo Stirling

Figura 3. Consola vista trasera



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Partes del equipo:

1. Motor de ciclo Stirling 14. Potencia del cigeal 2. Pantalla de celda de carga 15. Drenaje del agua de refrigeracin 3. Tacmetro 16. Termopar lado frio 4. Pantalla del elemento trmico 17. Sensor del tacmetro 5. Alimentacin elctrica del H112R 18. Enchufe del termocople del elemento trmico 6. Caja del elemento trmico 19. Enchufe elemento trmico 7. Cilindro del elemento trmico 20. Cable de alimentacin de la consola 8. Entrada de agua de refrigeracin 21. Enchufe elemento trmico desde (5) 9. Volante 22. Conexin tacmetro 10. Cinturn de freno 23. Conexin celda de carga 11. Cilindro de potencia 12. Ajustador de carga 13. Cigeal

5. APLICACIN DEL CONOCIMIENTO

5.1 DEMOSTRACIN DE UNA CONVERSIN DIRECTA DE ENERGA TRMICA EN ENERGA EJE CON UN CICLO STIRLING

1. Conecte el cable de la consola de alimentacin (20) de la consola H112R a la parte trasera de la consola H112.

2. Conecte el cable de alimentacin (5) a la toma de corriente controlada en el panel frontal de la unidad H112 como se muestra en la figura 2.

3. Conectar el suministro de agua mediante la manguera que provee la entrada de agua de enfriamiento (8) y el drenaje (15) se debe dirigir a un desage adecuado.

4. Encienda el interruptor principal de la unidad de servicio H112 y gire el control del calentador H112 sobre cero.

5. Asegrese que el agua de enfriamiento fluya a travs de las conexiones (8 y 15) como se detalla en el punto 3.

6. Gire el control de potencia del calentador en la unidad de servicio H112 lentamente en sentido horario hasta que una corriente de aproximadamente 0.500 amperios se muestre en el ampermetro del H112.

7. Observe la temperatura TH del calentador en la pantalla (4), cuando se acerque a los 350 C aumente o reduzca la entrada de energa para mantener la temperatura TH en el rango de 350-380 C.

8. Asegrese que el ajuste de carga (12) est establecido de manera que el freno de correa se encuentre flojo.

9. Gire el volante en sentido horario de tal manera que el motor gire lentamente hasta alcanzar una velocidad estable.

10. Aumentar ligeramente la potencia del calentador de manera que la temperatura del calentador TH aumente ligeramente y observar la velocidad de rotacin del motor, esto debe aumentar lentamente con TH.



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11. Tenga en cuenta que el calentador tiene un lmite mximo de temperatura de 600C y cuando la pantalla indique que se ha alcanzado esta temperatura, habr un clic audible en la pantalla. En este momento la corriente que se muestra en el medidor digital se reducir a 0000 ya que la alimentacin est desconectada. La potencia se vuelve a conectar automticamente a medida que la temperatura cae por debajo de 599C.

12. Registrar los datos obtenidos en la siguiente tabla:

Tabla 1. Datos registrados para el experimento 5.1

Temperatura Caliente TH

(C)

Temperatura fra TC

(C)

Velocidad de rotacin

(rpm)

Fuerza (N)

Corriente (Amperios)

Voltaje (Voltios)

Torque (Nm)

Trabajo (Vatios)

13. Una vez que se termine la investigacin, apague el calentador y deje que el motor se detenga hasta

pararse totalmente, apagar el agua de enfriamiento y la unidad de servicio H112. 5.2 INVESTIGACIN DE LA ACTUACIN DEL CICLO STIRLING BAJO CARGA El mdulo H112R ha sido instalado y puesto en marcha tal como se detalla en el procedimiento 5.1 en los puntos 1, 2 y 3.

1. Encienda el interruptor principal de la unidad de servicio H112 y gire el control del calentador sobre cero. Asegrese que el agua de enfriamiento fluya a travs de las conexiones de agua (8 y 15).

2. Poner en cero la pantalla de la celda de carga. Para llevar a cabo la funcin de auto cero, asegurar que la cinta no est bajo tensin y despus, pulse cualquiera de las teclas exteriores en el indicador de carga del freno. En la pantalla aparecer la palabra ZERO. Pulse el mismo botn durante 5 segundos y la pantalla indicar 00,00. la pantalla est ahora preparada para cualquier error de la celda de carga.

3. Gire lentamente el control de potencia del calentador en la unidad de servicio H112 en sentido



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horario hasta una corriente de aproximadamente 1.3-1.4 amperios se muestre en el ampermetro de esta unidad.

4. Controlar la temperatura del elemento trmico TH en la pantalla de visualizacin de temperatura (4), a medida que se acerca a 500C aumentar o reducir la entrada de energa para mantener la temperatura TH en el rango de 450-550C.

5. Ahora garantizar que el ajuste de carga (12) est puesto de manera que el freno se encuentre flojo. Girar el volante en sentido horario y el motor deber arrancar. Permita que la velocidad se estabilice y luego grabar la temperatura TH del calentador, la temperatura del lado frio TC, la velocidad de rotacin N, la celda de carga F, la corriente del elemento trmico I y el voltaje del calentador V.

6. Ajuste la carga (12) de modo que la carga indicada aumente ligeramente. Supervisar la temperatura del calentador TH y ajustar el control de calefaccin para llevar la temperatura de nuevo a su configuracin original, o tan cerca como sea posible. Una vez que el sistema ha alcanzado una condicin estable, de nuevo registrar los parmetros como antes.

7. Lentamente repita el proceso, aumentando la carga hasta que el motor se detenga por completo, tomando nota de los parmetros en cada carga.



(C)

Temperatura fra TC

(C)


(rpm)

Fuerza (N)


Voltaje (Voltios)

Torque (Nm)

Trabajo (Vatios)

5.3 INVESTIGACIN DE LOS PARMETROS QUE AFECTAN EL CICLO DE DESEMPEO Y EL CICLO DE EFICIENCIA El mdulo H112R ha sido instalado y puesto en marcha tal como se detalla en el procedimiento 5.1 en los puntos 1, 2 y 3.



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1. Encienda el interruptor principal de la unidad de servicio H112 y gire el control del calentador sobre cero. Asegrese que el agua de enfriamiento fluya a travs de las conexiones de agua (8 y 15).

2. Poner en cero la pantalla de la celda de carga. Para llevar a cabo la funcin de auto cero, asegurar que la cinta no est bajo tensin y despus, pulse cualquiera de las teclas exteriores en el indicador de carga del freno. En la pantalla aparecer la palabra ZERO. Pulse el mismo botn durante 5 segundos y la pantalla indicar 00,00. la pantalla est ahora preparada para cualquier error de la celda de carga.

3. Gire lentamente el control de potencia del calentador en la unidad de servicio H112 en sentido horario hasta una corriente de aproximadamente 1.3-1.4 amperios se muestre en el ampermetro de esta unidad.

4. Controlar la temperatura del elemento trmico TH en la pantalla de visualizacin de temperatura (4), a medida que se acerca a 500C aumentar o reducir la entrada de energa para mantener la temperatura TH en el rango de 450-550C.

5. Ahora garantizar que el ajuste de carga (12) est puesto de manera que el freno se encuentre flojo. Girar el volante en sentido horario y el motor deber arrancar. Permita que la velocidad se estabilice y luego grabar la temperatura TH del calentador, la temperatura del lado frio TC, la velocidad de rotacin N, la celda de carga F, la corriente del elemento trmico I y el voltaje del calentador V.

6. Ajuste la carga (12) de modo que la carga indicada aumente ligeramente. Supervisar la temperatura del calentador TH y ajustar el control de calefaccin para llevar la temperatura de nuevo a su configuracin original, o tan cerca como sea posible. Una vez que el sistema ha alcanzado una condicin estable, de nuevo registrar los parmetros como antes.

7. Lentamente repita el proceso, aumentando la carga hasta que el motor se detenga por completo, tomando nota de los parmetros en cada carga.



(C)

Temperatura fra TC

(C)


(rpm)

Fuerza (N)


Voltaje (Voltios)

Torque (Nm)

Trabajo (Vatios)



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6. INTEGRACIN DEL CONOCIMIENTO

Datos de inters

Para determinar el torque tenga en cuenta la siguiente frmula: = Fr

Dnde: F es la fuerza y r es el radio del cinturn de freno de rueda que equivale a 20 mm.

La potencia en el eje W puede calcularse a partir de: W =

Dnde: es el torque y N es la velocidad de rotacin.

La entrada de calor al calentador puede determinarse a partir de:

Dnde: V es el voltaje y I es la corriente.

La eficiencia trmica real puede obtenerse a partir de:

7. CONCLUSIONES

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8. BIBLIOGRAFA

[1] P.A. HILTON LTD. Manual Experimental de Funcionamiento y de Mantenimiento. Motor de Ciclo Stirling H112R.

9. EVALUACIN

Criterios Nota

Documents

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