PROYECTO_TERMODINAMICA

MOTOR STIRLING

Carlos Andrés [email protected]

Universidad piloto de ColombiaBogotá D.C

Resumen

Analisis,diseño y construccion de un motor Stirling aplicando los conocimien-tos obtenidos de la termodinamica y otras areas.

Abstract

Analysis, Design and Construction of a Stirling engine applying the knowl-edge gained from Thermodynamics and other areas .

Introduccion

Parte de las leyes de la termodinámica habla de los motores ideales, loscuales operan sin necesidad de calor (energía). El Motor Stirling es uno delos motores ideales ya que no necesita calor para su funcionamiento, realiza sufuncion mediante la diferencias de densidades del aire .En materia ambiental,es evidente que éste motor reduce las emisiones de gases dado la cantidad quenecesita de energía para su funcionamiento, además no quemas combustiblesfósiles, lo cual le da una ventaja ecologica ante los motores a gasolina o ACPM.

Estado del arte

El reverendo Robert Stirling (1790 � 1878) fue un clérigo escocés inventordel motor que lleva su nombre. Robert, que heredó de su padre el interéspor la ingeniería, compaginaba sus trabajos e investigaciones con su carreraeclesiástica. A lo largo de su vida, y junto a su hermano James, ingeniero,patentaron varias invenciones y procesos, desde instrumentos ópticos a motores.En 1816, patentó un dispositivo que llamó �economizador de calor� aplicable agran variedad de procesos industriales, para mejorar la e�ciencia térmica deéstos. Al aplicar este dispositivo, más tarde llamado �regenerador�, al ya los yapor entonces conocidos como �motores de aire� sentó las bases del ahora conocidocomo motor Stirling, que en la primera mitad del siglo XIX se ofrecía comouna alternativa más económica y segura que el motor de vapor, dado que lascalderas de vapor explotaban con frecuencia causando graves daños materialesy personales.

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Imagen tomada del sitio :http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/5335/�chero/2_Historia_del_motor_Stirling%252F2_Historia_del_motor_Stirling.pdf

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El funcionamiento idea de estos motores se basa en el ciclo Stirling ideal con-siste de cuatro procesos termodinámicos que actúan sobre el �uido de trabajo,ciclo el cual es importante para el analisis termodinamico y lo cual hace masenfasis en la materia de termodinamica .

Los procesos son:

1.Compresión isotérmica del gas a la temperatura inferior.

2.Absorción de calor a volumen constante (isocórico o isócoro). El gas ab-sorbe del regenerador una cantidad de calor Qr y aumenta su temperatura, loque provoca un aumento de presión.

3. Expansión isoterma del gas a alta temperatura. Durante este proceso seabsorbe calor de la fuente caliente.

4. Cesión de una cantidad de calor Qr al regenerador a volumen constante,disminuyendo la temperatura del �uido.

No fue hasta la década de 1930, cuando gracias a las evidentes mejoras en tec-nología, materiales y procesos de fabricación de la época, el motor Stirling, comosu inventor proféticamente vaticinó, despertó de su letargo. En 1937 los labo-ratorios de investigación de la �rma holandesa Phillips en Eindhoven, llevaronel motor Stirling a un nuevo nivel de desarrollo tecnológico. Los investigadoresde Phillips, consideraban la utilización de pequeños motores Stirling para ali-mentar sus radios de válvulas, u otros dispositivos, en lugares remotos, dondeno llegaba el suministro eléctrico y las baterías no tenían potencia su�ciente.

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Imagen tomada del sitio:http://mecanotecnia.blogspot.com/2011/03/el-motor-stirling.html

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Este sistema fue diseñado para generar electricidad en hogares y empresas,utilizando energía solar como fuente de calor en días despejados y biogás durantelas noches o en días nublados. Sin embargo, los motores Stirling hoy en dia sólotienen algunas aplicaciones muy especializadas, como en los submarinos, losedi�cios inteligentes, o generadores de potencia auxiliar para yates, donde unfuncionamiento silencioso es importante, cuando hay una demanda de un motorde baja velocidad, de salida constante de potencia, y sin sobrecargas.

VENTAJAS MOTOR STRILING

1. Los gases en el interior de un motor Stirling no salen nunca del motor.No hay válvulas de escape para ventilar los gases de alta presión, como en losmotores de gasolina o diesel, y no hay explosiones internas. De este modo, losmotores Stirling son casi silenciosos.

2. El ciclo de Stirling utiliza una fuente de calor externa, que puede sercualquiera desde sol, calor geotérmico, combustibles fósiles, calor producido porplantas en descomposición (biomasa), calor corporal, etc. Ninguna combustiónse lleva a cabo dentro de los cilindros del motor.

3. El motor Stirling, trabajando en ciclo inverso, es altamente e�ciente y porende, aplicable a sistemas prácticos y económicos de refrigeración y criogenia.

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APLICACIONES EN LA INDUSTRIA

Conversión de la energía solar en energía electrica:

Se utiliza poder convertir la energía solar en eléctrica (construirse mini cen-trales dish-Stirling), y así generar más electricidad cerca del punto de consumo yreducir las pérdidas ocasionadas en el transporte y distribución de electricidad.La gran ventaja que nos ofrece, es la generación de energía distribuida.

Automotriz:

Un ejemplo de esta línea de trabajo es el proyecto de aplicación del motorStirling �Mod II� diseñado por la NASA, a un turismo Chevrolet Celebrity de1984, con muy buenos resultados de e�ciencia energética respecto a su homólogode gasolina, en concreto esta unidad ofrecía una e�ciencia del 38% en su pico demáximo rendimiento, mientras que los motores de combustión convencionalesde la época no superaban el 20% . En este caso, como en la mayoría de intentosparecidos, fueron alternativas poco viables económicamente debido a la comple-jidad de construcción de estos motores y la alta calidad coste de los materialesempleados. Tras miles de horas de funcionamiento en pruebas, como parte dela �ota de la administración, y tras demostrar los objetivos que planteaba elproyecto, el programa concluyó en 1987.


(3)Cogenerador:

En esta aplicación el motor mueve un generador para producir electricidady entrega así mismo agua de refrigeración, la cual es aprovechada como energíatérmica a unos 60 grados Celsius.

En los Submarinos:

También a �nales de los años 80 se desarrolló una nueva aplicación que alcontrario que la mayoría de iniciativas, es actualmente una aplicación comercialviable; el uso de un generador Stirling para la planta de potencia de submarinosmilitares. La �rma sueca Kockums, desde 1988 ha construido varios de estos

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submarinos para la armada sueca, los pertenecientes a la clase �Gotland�, y clase�Södermanland�. En esta aplicación el motor Stirling como generador es espe-cialmente adecuado por varias razones. La refrigeración, por ejemplo, es muysencilla debido al entorno exterior. Además, en comparación con los generadoresdiésel convencionales, el motor Stirling tiene una operación muy silenciosa, idealpara un vehículo que debe permanecer indetectable bajo el agua. Por último, laya mencionada versatilidad de estos motores, le permite funcionar con diversostipos de combustible.Las unidades más potentes diseñadas por Kockums paraeste �n, corresponden a los modelos V4-275R, de 75 KW de potencia, una cifranada desdeñable para este tipo de motores.


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En los yates:

Aquí también tenemos un motor stirling, el cual está especialmente diseñadopara yates.

Enfriadoras:

En estos dispositivos se le brinda calor al motor, para que este generemovimiento, y por ende producir frio y calor cuando se le aplique un movimientomecánico mediante un motor exterior.

El motor Stirling es excelente para aplicaciones de refrigeración, e inclusonos permite alcanzar temperaturas criogénicas.

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Bibliogra�a:

ALFREDO JESUS PAREDES GUERRA(jueves, 31 de marzo de 2011).EL MO-TOR STIRLING.

de http://mecanotecnia.blogspot.com/2011/03/el-motor-stirling.html

Marco Antonio Castillo Navarrete, Gabriela Alexandra Leon Bueno. (n.d.).Aplicaciones del Motor Stirling .

de http://ladysnider15.blogspot.com/2012/05/aplicaciones-del-motor-stirling.html

Pablo Ultrilla Noriega (n.d.). HISTORIA DEL MOTOR STRILING .de http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/5335/�chero/2_Historia_del_motor_Stirling%252F2_Historia_del_motor_Stirling.pdf

Ángel Franco García(n.d). EL MOTOR STIRLING.de http://www.cec.uchile.cl/~roroman/cap_10/strlng1.htm

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