“Universidad Nacional del Santa EP. Ingeniería Mecánica”
M!T!R "TR#$G
Proesor:
Perez Campomanes Giovene !"rso:
Termodi Termodinámica námica Te#a: CONSTRUCCION DE UN
INTEGRANTES:
MOTOR STIRLING CASERO-Huaman
Torrejon Michael -Reyna Pascual Pascual Jean Carlos -Zavaleta de la Cruz Jeison
$E$I!AT%RIA
%$ PRM%R #&G'R 'GR'(%C%M!" (!" P!R H')%R P%RMT(! ##%G'R H'"T' %"T% P&$T!* ('RM% #! $%C%"'R! P'R' "%G&R '(%#'$T% (+' ' (+' P'R' #!GR'R $&%"TR!" !)J%T,!"* '(%M" (% "& $.$T' )!$('( / 'M!R0 ' $&%"TR!" P'(R%" P!R H')%R$!" 'P!/'(! %$ T!(! M!M%$T!* P!R "&" C!$"%J!"* P!R #' M!T,'C1$ C!$"T'$T%* P!R #!" %J%MP#!" (% P%R"%,%R'$C' / C!$"T'$C' 2&% H' $.&$('(! "%MPR%0 P!R %# P!/! &% $!" )R$('R!$ P'R' #!GR'R #' C&#M$'C!$ / (%"'RR!##! (% %"T% PR!/%CT!0 (% G&'# M'$%R' &$ 'GR'(%CM%$T! ' #' %MPR%"' "%G%M$( P!R %# 'P!/! / PR%"T'M! (% M'T%R'#%" P'R' %# (%"'RR!##! (%# PR!/%CT!0 ' M PR!.%"!R P!R "& GR'$ 'P!/! / M!T,'C1$ P'R' #!" %"T&(!" PR!.%"!$'#%"* P!R "& 'P!/! !.R%C(! %$ %"T% TR')'J!* P!R H')%R$!" TR'$"MT(! #!" C!$!CM%$T!" !)T%$(!" / H')%R ##%,'(! P'"1 ' P'"! %$ %# 'PR%$(Z'J%0
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$(C% 30 (edicatoria4444444444444444444444 4444403 50 ntroducci6n444444444444444444444 4444407 70 !8jetivos 444444444444444444444444444 49 90 Motor "tirlin:444444444444444444444444 400; ;0 Principios de
>0 Tipos de motores "tirlin:44444444444444444440? ?0 %studio termodinámico del motor "tirlin:44444444400@ @0 Proceso 5-7* 7-9 4444444444444444444444443A 3A0 Proceso 934444444444444444444444444400 33 330 Construcci6n de un motor "tirlin: casero444444444435 350 Conclusiones444444444444444444 44444444037 370 #inBo:ra<a4444444444444444444 444444440039
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$TR!(&CC1$
El fenómeno físico de la expansión del aire caliene f!e "a !ili#ado en iempos de los e$ipcios para desarrollar ra%a&o mec'nico( accionando de esa manera rampillas( p!eras " pesadas car$as( pero f!e en la re)ol!ción ind!srial c!ando las m'*!inas llamadas +,rmicas- se es!diaron( desarrollaron " aplicaron de manera $eneral. El Moor Sirlin$ o%&eo de n!esro es!dio es !n ipo de moor ,rmico " como al( $enera ra%a&o mec'nico a parir de la diferencia de empera!ras enre dos focos. La ac!al preoc!pación medioam%ienal " la cada )e# m's ac!ciane escase# de rec!rsos ener$,icos de car'cer fósil /an /ec/o *!e se /a"a rescaado del ol)ido ese $enial aril!$io como !na de las posi%les sol!ciones a ales pro%lemas dados s! excepcional rendimieno.
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OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES: * Poner en funcionamiento el motor Stirling * Exoner la con!trucci"n #el motor Stirling * $e!cri%ir la! alicacione! #el motor Stirling
OBJETIVOS ESPE&I'I&OS: * Enten#er la %a!e te"rica !o%re lo! (ue !e conci%e el motor * $iagno!ticar con conocimiento! re)io! el or(u #e la! o!i%le! falla! #el motor * Tener la caaci#a# #e comren#er el funcionamiento #e un motor m+! !ofi!tica#o tcnicamente
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M%T%R STIR&ING El moor Sirlin$ f!e ori$inalmene in)enado por sir Ro%er Sirlin$( fraile escoces( /acia 0102. En s!s inicios compiió efeci)amene con el moor a )apor. 3erdió iner,s desp!,s del desarrollo del moor de com%!sión inerna " /a reomado iner,s en los 4limos a5os por )arias caracerísicas m!" fa)ora%les *!e iene. En paric!lar6 •
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Ren#imiento: como )eremos( el moor Sirlin$ iene el poencial de alcan#ar el rendimieno de Carno( lo c!al le permie( eóricamene( alcan#ar el límie m'ximo de rendimieno. 'uente #e &alor Externa: ese moor inercam%ia el calor con el exterior ( por lo ano es adapa%le a !na $ran $ama de f!enes de calor para s! operación. Se /an consr!ido moores Sirlin$ *!e !san como f!ene de calor la ener$ía n!clear( ener$ía solar( com%!si%les fósiles( calor de desec/o de procesos( ec. Al ser de com%!sión exerna( el proceso de com%!sión se p!ede conrolar m!" %ien( por lo c!al se red!cen las emisiones. &iclo cerra#o: el fl!ido de ra%a&o opera en !n ciclo cerrado " la f!ene de calor es exerna. Eso /ace *!e ese moor sea( poencialmene( de m!" %a&o ni)el de emisiones.
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Como conraparida a esas caracerísicas fa)ora%les( es' el /ec/o de *!e el fl!ido de ra%a&o es $aseoso( lo c!al acarrea dific!lades operai)as. En la pr'cica se /a )iso *!e los fl!idos )ia%les son el /idro$eno " el /elio( am%as por %!enas propiedades ermodin'micas.
Princiio! #e funcionamiento:
El principio %'sico del f!ncionamieno del moor ideado por Sirlin$ es calenar " enfriar !n medio de ra%a&o( "a sea aire( /elio( /idró$eno o incl!so al$!na clase de lí*!ido. Al calenar el medio de ra%a&o( conse$!iremos *!e incremene s! )ol!men( " se apro)ec/ar' ese mo)imieno para despla#ar !na pare del moor. 3oseriormene( enfriaremos de n!e)o el medio de ra%a&o( red!ciendo s! )ol!men( " consi$!iendo *!e el moor )!el)a a la posición inicial. El moor ra%a&ar' siempre con el mismo medio de ra%a&o( por lo *!e el moor de%e ser /erm,ico.
A conin!ación se explicar' el f!ncionamieno del moor con la a"!da de !na serie de dia$ramas6 0. Si se iene aire encerrado en !n cilindro " l!e$o se caliena( se o%ser)a *!e la presión denro del cilindro se incremena. Se as!me *!e !na de las apas del cilindro es !n ,m%olo " *!e ,se es /erm,ico7 enonces /a%r' !na expansión del $as " a!menar' el )ol!men inerior del cilindro /asa ciera posición final del ,m%olo.
8. Si al mismo cilindro( en s! esado de expansión( se enfría r'pidamene( la presión dismin!"e7 enonces( el )ol!men se conrae " la posición del ,m%olo )!el)e al esado inicial.
=
9.
Si el proceso del esado 0 se repie( pero a/ora !niendo el ,m%olo a !na )olane. El incremeno de la presión for#ar' al ,m%olo a mo)erse ocasionando el $iro de la )olane( con lo c!al se consi$!e *!e el +cam%io )ol!m,rico- se ransforme en mo)imieno.
:. Si se repie el proceso del esado 8( enfriando r'pidamene( el pisón reorna por efeco del mo)imieno de la )olane " se prod!ce la dismin!ción de la presión " el )ol!men.
;. Si se &!nan los procesos 9 " :( en !n solo cilindro( con !n despla#ado( se prod!cir' el mo)imieno del moor de%ido a la expansión del $as( "( d!rane la compresión el pisón reornar' a s! posición de%ido a la ener$ía de la )olane.
$e!crici"n #e lo! comonente! #e un motor Stirling Un moor Sirlin$ es' comp!eso( $eneralmene( de las si$!ienes pares6
Tio! #e motore! Stirling Todos los moores Sirlin$ ienen !n f!ncionamieno similar( pero se p!eden clasificar en diferenes ipos se$4n la posición del pisón de poencia " el
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despla#ado. Los res $r!pos en los *!e se p!eden diferenciar esos moores son6
, -otore! #e tio %eta: Ese ipo de moor f!e el dise5o ori$inal *!e /i#o Ro%er Sirlin$. Consa de !n cilindro con dos #onas( !na caliene " ora fría. En el inerior del cilindro am%i,n se enc!enra !n despla#ador *!e posi%ilia el mo)imieno de aire( " conc,nrico con ese( se enc!enra el pisón de poencia( *!e es' desfasado a <=> respeco al despla#ador. Ese ipo de moor es el m's efica#( pero
am%i,n el m's comple&o " )ol!minoso.
, -otore! #e tio alfa: Ese moor f!e dise5ado por Rider. Ese ipo( a diferencia del ipo %ea( iene dos cilindros( !no donde se si4a la #ona fría( " oro donde se si4a la caliene. En cada cilindro( /a" !n pisón *!e es' desfasado a <=> del pisón del oro cilindro. Los cilindros es'n conecados enre sí por !n ci$?e5al( *!e /ace *!e la relación poencia@)ol!men sea %asane ala. El mecanismo de ese ipo de moor es %asane sencillo( pero es complicado *!e no se escape el aire( so%reodo en el cilindro caliene( "a las alas empera!ras deerioran los maeriales.
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, -otore! #e tio gamma: Ese moor es m!" parecido al de ipo %ea( pero es m's sencillo de consr!ir. Lo *!e diferencia al %ea " al $amma es *!e el $amma iene el pisón de poencia " el despla#ador en diferenes cilindros( *!e es'n desfasados a <=>. Los dos cilindros es'n !nidos por !n ci$?e5al. Ese moor es m's sencillo( pero s! poencia es menor *!e la de ipo %ea.
, -otor Ring%om: En 0<=; Ossian Rin$%om in)enó !n moor deri)ado del de ipo $amma( con !na simplicidad ma"or( p!es el pisón despla#ador no es' conecado con el de poencia( sino *!e oscila li%re mo)ido por la diferencia de presiones " la $ra)edad. 3oseriormene se f!eron desc!%riendo pe*!e5as modificaciones en el moor Rin$%om ori$inal( *!e posi%ilia%a !n moor m!" simple " an r'pido como c!al*!iera de los moores cl'sicos alfa( %ea( $ammaB.
ESTU$I% TERM%$IN'MI!% $E& M%T%R STIR&ING &iclo termo#in+mico i#eal #el motor Stirling El ciclo ideal Sirlin$ se compone de dos procesos iso,rmicos " dos isom,ricos7 la re$eneración se efec4a a )ol!men consane( al como se m!esra en el $r'fico si$!iene6
@
En primer l!$ar se pare del esado 0. Los elemenos son6 cilindro( pisón( fl!ido( despla#ador. Todo el $as es' en la #ona fría( " el pisón es' en la posición inferior.
Proce!o .,/ C!ando el pisón pasa del esado 0 al 8( se reali#a !na compresión iso,rmica a la empera!ra m's %a&a. El proceso es' represenado en el dia$rama presión)ol!men anerior. A*!í se le exrae calor al ciclo
El ra%a&o cons!mido en ese proceso es i$!al al calor rec/a#ado en el ciclo
Proce!o /,0 Si se maniene fi&o el pisón " se m!e)e el despla#ador( se /ace pasar odo el fl!ido a la #ona caliene( o%eniendo !n proceso isom,rico en el *!e a!mena la presión sin cam%iar el )ol!men. A*!í el re$enerador enre$a calor a la s!sancia de ra%a&o( ele)ando s! empera!ra de Tmin a Tmax.
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Proce!o 0,1 En ese momeno( se p!ede o%ener !na expansión iso,rmica a la empera!ra s!perior /aciendo %a&ar &!nos al pisón " al despla#ador. En ese proceso se le enre$a calor exerno a la s!sancia de ra%a&o.
Proce!o 1,. despla#ador al o%endr' oro *!e finali#ar' el ciclo ermodin'mico represenado A*!í el re$enerador a%sor%e calor.
Mo)iendo el esado inicial( se proceso isom,rico por el proceso 0:.
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La eficiencia ,rmica del ciclo Sirlin$ se calc!la de con la si$!iene expresión6
Donde finalmene se o%iene6
Con eso *!eda demosrado *!e el ciclo ideal Sirlin$ iene la misma eficiencia *!e el ciclo de Carno( la c!al es la m'xima eficiencia *!e p!ede alcan#ar !na ma*!ina ,rmica considerando *!e odas las perdidas sean cero. El ciclo de Carno !ili#a procesos isorópicos( no procesos re$enerai)os de inercam%io de calor( as!miendo *!e el calor específico del re$enerador es infiniamene $rande( como el ciclo Sirlin$.
!%NSTRU!!I%N $E UN M%T%R STIR&ING !ASER% 3ara la consr!cción del moor Sirlin$ casero se emplearon los si$!ienes maeriales6
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9 laas )acías de soldad!raB. 8 Tapas de pl'sico circ!lar !na m's $rande *!e a ora. Alam%re. 3e$ameno resisene a alas empera!ras SOLDIMI " SILICONA
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0 $lo%o mediano rillo para la)ar ollas Man$!era de pl'sico 0m. Ra"os de %iciclea. 0 Tornillo con 8 !ercas 0 mec/ero Li&a para fierro Ferramienas de casa marillo( alicaes( desarmadores( i&era( c!c/illas para corar meal( arco " sierra( ec.B PRO&E$I-IENTO:
0. Co$er !na laa )acía " /acer( corar la pare s!perior " moldear de al manera *!e la s!perficie *!ede perfeca. 3ara $!iarse se podría !sar !na mesa " ponerla %oca a%a&o " )erificar *!e no /a"a rendi&as enre la mesa " la laa. 8. Corar la pare s!perior de la laa( )aciar el conenido " corar la pare inferior en forma circ!lar omando en c!ena *!e el core circ!lar de%e ser del mismo ama5o *!e la laa de cer)e#a "a corada. 9. A/ora !nir am%as laas " sellar la pare inferior con el SOLDIMI de al manera *!e al ec/ar el a$!a no cai$a ni !na sola $oa. De&ar secar. :. A/ora co$er la ora laa de cer)e#a " /acer los cores. Facer !n pe*!e5o /!eco en la pare inferior " al cosado de la laa *!e ser' el l!$ar donde pase la man$!era. Con !na pe*!e5a a$!&a /acer !n a$!&ero en la pare inferior de la misma laa( ese ser' el cond!co donde pase el /ilo de pescar. ;. Co$er la apa m's pe*!e5a " /acer !n /!eco( del anc/o de la man$!era de pl'sico( al cosado. Unir con la man$!era " la laa con /!ecos7 sellar c!al*!ier pare en donde posi%lemene /a"a f!$a de aire( ano en la apa " la laa. 2. 3repara el pisón con el $lo%o " el ornillo con las !ercas. Tener en c!ena en esa pare *!e no de%e /a%er f!$a por el $lo%o eso es m!" imporane. A/ora poner el pisón en la pare s!perior de la apia. . La laa de dos ca%allos se !sa como %ase del moor( es el l!$ar donde ira el mec/ero o )ela( /acer los cores respeci)os. La li&a se !só para firme#a a la laa de lec/e.
!%N!&USI%NES •
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Es !n moor de com%!sión exerna. El principio de f!ncionamieno es el ra%a&o /ec/o por la expansión " conracción de !n $as.
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S! ciclo de ra%a&o se conforma mediane 8 ransformaciones isocóricas calenamieno " enfriamieno a )ol!men consaneB " dos isoermas compresión " expansión a empera!ra consaneB
A m's diferencia de empera!ras( ma"or es el 'rea del ciclo ermodin'mico( Conforme la diferencia de empera!ras enre focos )a a!menando( la )elocidad del moor a!mena lenamene El moor Sirlin$ no re*!iere de la $eneración de ener$ía ,rmica en s! inerior( solo necesia *!e se le a$re$!e calor en !no de s!s exremos " *!e en el oro se exrai$a. Ese calor p!ede pro)enir de c!al*!ier f!ene( "a sea ener$ía solar( n!clear o la de los com%!si%les por e&emplo $asolina o alco/ol " el Sirlin$ lo apro)ec/a me&or *!e !n moor de oro ipo. S! rendimieno es ma"or *!e el de los moores Oo( Diesel " !r%orreacores7 de oda la ener$ía ,rmica *!e se le s!minisra para s! f!ncionamieno( !n porcena&e imporane se de)!el)e como ener$ía mec'nica.
&IN(%GRA)*A httpDEEmotorstirlin:tecsup-electronica08li:oo0com0peEmotor-stirlin:
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httpDEE0A3 motorstirlin:casero0pd< httpDEEsrv50s0puc0clEmediaiBiEima:esE>E>?E"tirlin:-Motorrev70pd< httpDEE0;=E3Ea:uerozv0pd<
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