FLUIDOS Y TERMODINAMICA

EDUARDO ANDRES DIAZ

SABRINA MURCIA

PAOLA BALLEN

CRISTIAN PALOMARES

PRESENTADO A: HENRY LONDOÑO

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIÑO

FACULTAD DE INGENIERÍA

FLUIDOS Y TERMODINAMICA

BOGOTÁ, COLOMBIA

2015

JUSTIFICACION Y CONTEXTUALIZACION

Con este proyecto se pretende dar un alcance experimental al motor inventado por Robert

Stirling, enfocándolo a la propulsión de un medio de transporte a escala, porque consideramos

que realizando ajustes y adicionándole ciertos materiales puede funcionar como motor de

vehículo, además porque sus aplicaciones se redujeron durante mucho tiempo a situaciones

domésticas, perdiendo así gran potencial por su facilidad de ser ejecutado en cualquier fuente de

calor. Con este proyecto se busca también realizar un aporte al medio ambiente generando

energía como método renovable, sin contaminación excesiva ni tomar recursos naturales, los

cuales el mundo está dejando de percibir debido a su escasez y costo.

El enfoque social que daremos a nuestro motor será la donación a una escuela de la localidad para

que lo niños de primaria puedan ejecutarlo, así queremos estimular su imaginación y darle nuevas

aplicaciones; además de que sea más conocido este artefacto sencillo pero útil.

Motivados por la curiosidad de ejecutar un motor que se creó hace dos siglos y que actualmente

aún sigue funcionando sin ninguna falla, nos damos a la tarea de preparar el montaje con los

siguientes materiales:

Cilindro desplazador: Un vaso de cafetería.

Pistón desplazador: Taladrado a 2mm en el centro en ambos extremos para pasar el eje, se recorta

la lata y se sella la unión de ambas mitades, se inserta el eje en la lata y se asegura con

pegamento.

Eje pistón desplazador: Alambre rígido y recto con diámetro de 2 mm, se recorta a la medida y se

dobla el extremo a 90 grados para insertar una articulación de la biela.

Guía del eje desplazador: Pequeño tubo de cobre.

Cilindro de potencia: Se consigue uno en acero o también puede hacerse uno en cobre, aluminio,

etc…, sus paredes deben ser lisas por dentro y fuera.

Pistón de potencia: Alojado en el cilindro de fuerza, se puede hacer en nylon, plástico e incluso

madera.

Tapa del cilindro desplazador: Tapa metálica, del diámetro del cilindro desplazador se hace un

orificio en el centro a 3mm para fijar la guía eje desplazador; otro en la periferia para poner el

cilindro de fuerza a 10 mm de diámetro.

Bielas y articulaciones: Se construyen dos partiendo de un palito de pincho, en cada una de los

extremos se fija una articulación para permitirle a la biela girar.

Cigüeñal: Se hace con un radio de bicicleta por la rigidez. Se hacen dos codos: uno para el pistón

desplazador y otro desfasado 90 grados para el pistón de fuerza.

Soporte del cigüeñal: Sirve cualquier elemento que permita sujetar el cigüeñal. Se puede realizar

un montaje en madera en forma de U.

Rodamiento del cigüeñal: Tuerca de diámetro interno de 3mm, se pone dentro de la madera y se

ajusta con pegamento.

Soporte volantes de inercia: A cada uno de los extremos del cigüeñal se acopla cualquier pieza

que sirva para fijar después un volante metálico o de aluminio

Volantes de inercia: Sirve fijar un volante a cada lado con pegamento para asegurar la inercia. A

cada volante, antes de pegarlo a su soporte, le haremos un taladro más o menos a 10mm de

diámetro, cerca del borde, para ponerles un tornillo y tuerca, cuyo peso equilibrará al motor.

Una vez realizado el montaje de todo nuestro motor, procedemos a ejecutar el proceso para

verificar que todo haya resultado exitoso; luego lo incluimos en el prototipo de transporte que ya

tenemos fijo para que pueda ser impulsado.

MOTORES DE AIRE CALIENTE

El termino de motores de aire caliente se le da a las maquinas térmicas que hacen uso de la expansión y comprensión de aire bajo influencia de un cambio de temperaturas al tener un depósito de temperatura alta y un depósito de temperatura baja para convertir la energia térmica en energia mecánica.

En ese tipo de motores, el aire se calienta y enfría en repetidas ocasiones dentro de un cilindro, tal efecto produce una expansión y comprensión del aire, provocando el movimiento del pistón, produciendo así trabajo útil.

CICLO DE CARNOT

En 1824 el ingeniero francés Sadi Carnot estudio la eficiencia de las diferentes maquinas térmicas que trabajan transfiriendo calor de una fuente de calor a otra y concluyo que las más eficientes son las que funcionan de manera reversible. Para ello diseño una maquina totalmente reversible que funciona entre dos fuentes de calor a temperaturas fijas. Esta máquina se conoce como la máquina de Carnot y la base de funcionamiento se llama ciclo de Carnot.

El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico ideal reversible, entre dos fuentes de temperatura, en el cual el rendimiento es máximo.

La máquina de Carnot tiene un cilindro con un pistón y una biela que convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento circular.

El cilindro contiene una cierta cantidad de gas ideal y la maquina funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes T1 > T2. Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas del cilindro se hacen isotérmicamente, es decir. Manteniendo la temperatura constante lo cual hace que esa parte del proceso sea reversible.

El ciclo se completa con una expansión y una comprensión adiabáticas, es decir, sin intercambio de calor, que son también procesos reversibles.

RENDIMIENTO: N=|W||Q 1|

=|Q1|−|Q 2|

|Q1|=1−

|Q 2||Q 1|

LOS PROCESOS DEL CICLO DE CARNOT

El ciclo de Carnot consta de 4 procesos

A) Expansión isotérmica: (Proceso 1-2) B) Expansión adiabática: (Proceso 2-3) C) Comprensión isotérmica: (Proceso 3-4) D) Comprensión adiabática. (Proceso 4-1)

MOTOR TIPO BETA

Motor original de Stirling, consta de un cilindro con una zona caliente y una zona fría, en el

interior del cilindro está el pistón desplazador cuya misión es pasar el aire de la zona fría a la

caliente y viceversa.

MOTOR STIRLING

OBJETIVO GENERAL: Elaborar y entender el principio de funcionamiento de los motores

Stirling en general y las diferentes configuraciones de este, y también, se realizara el estudio

termodinámico del ciclo del metro Stirling.

OBJETIVO ESPECIFICO: Lograr adaptar y a condicionar nuestro motor Stirling a un sistema

físico que genere movimiento por medio de la fuerza termodinámica.

MARCO TEORICO

Un motor Stirling es una maquina térmica o motor térmico inventada por Robert Stirling en

1816; él elaboro este motor para suplantar al motor de vapor ya que este era muy peligroso para

trabajar. Asimismo a este motor se le puede considerar de combustión externa ya que no requiere

quemar combustible en su interior, existen tipos de motores Stirling, los cuales son: Tipo alfa,

Tipo beta y Tipo gamma.

Se usa para producir energia mecánica, la cual sucede por la transformación de la energia

térmica; sin embargo, este motor también es usado para generar energia eléctrica y de otros tipos.

Ventajas del motor Stirling:

·         Funciona con cualquier fuente de calor como solar, geotérmica, nucleares, etc.

·         Los mecanismos son más sencillos que en otras máquinas térmicas.

·         Usa un fluido de trabajo de una única fase, manteniendo las presiones internas cercanas a

la presión de diseño y por tanto se reducen los riesgos de explosión.

·         Tiene una buena eficiencia.

Desventajas del motor Stirling:

·         El motor no arranca de inmediato sino que tiene que calentarse previamente.

·         Baja potencia debido a la combustión externa.

·         Lento tiempo de respuesta.

Un ciclo de Stirling es un proceso que permite la conversión entre energía mecánica y calorífica.

En esta práctica se estudia la máquina de Stirling, que permite la obtención de trabajo a partir del

intercambio de calor entre un foco caliente y otro frío, según el motor diseñado por Robert

Stirling y patentado en 1816. El motor funciona mediante combustión externa, y el fluido térmico

que utiliza es aire contenido en un cilindro.

El ciclo teórico de Stirling consta de cuatro procesos: una expansión isoterma (1-2) a temperatura

T1, un enfriamiento isócoro (2-3) a volumen V2, una compresión isoterma (3-4) a temperatura

T2 y un calentamiento isócoro (4-1) a volumen V1, según se muestra en la gráfica P-V de la

figura:

CICLO BASICO DEL MOTOR STIRLING

El principio basico del ciclo stirling consiste en un gas encerrado dentro de un cilindro hermetico

que tiene un extremo caliente y uno frio. Dentro del cilindro se encuentra un piston desplazador y

un piston potencia. El piston de potencia tiene como funcion evitar que el gas salga y transmiitr el

trabajo al exterior del cilindro. La funcion del desplazador es hacer que el aire se mueva de la

zona fria a la caliente y viceversa.

El gas es desplazado hacia la parte caliente del cilindro, se expande aumentando la presion

interna lo cual permite obtener trabajo, Luego el gas es desplazado a la parte fria donde baja su

temperatura y disminuye la presion.

El ciclo se componde de 4 procesos: Dos procesos isometricos en las que el gas pasa a travez del

regenerador absorbiendo o cediendo calor y dos procesos isotermicos en los que el gas esta en

contacto con un dispositivo de temperatura alta (Th) o uno de temperatura fria (Tc).

COTIZACION

Embolo Lata de aluminio 5,000

Biela Rayos de bicicleta 5,000

Pistones Metálicos, aluminio 10,000

Cilindros Aluminio 12,000

Válvulas cambios de temperatura Tubos de ensayo 5,000

Volantes Metálicos 15,000

Desplazadores Metálicos 10,000

Resortes Metálicos 12,000

Esponja de acero Acero 5,000

Rueda metálica Metálica, acrílica 15,000

Engranajes Plásticos 5,000

Poleas Metálicas 10,000

Alcohol 3,000

TOTAL 112,000

Septiembre del 2015

Diseño especifico a escala del proyecto 14-sep

Ubicación y elaboración de las piezas 21-sep

Montaje de nuestro motor 28-sep

Pruebas de funcionamiento y ajustes 06-oct

Adaptación a un móvil para generar Movimiento 13-oct

Aplicación de formulas y principios de funcionamiento 27-oct

Revisión mecánica y pruebas de posibles errores 21-oct

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES

BIBLIOGRAFÍA

http://fmc.unizar.es/people/elias/Termo_Grado/Stirling.pdf

http://servicio.us.es/deupfis1/Tecfluyc/MotorStirling.pdf

http://stirling.8m.net/primer.htm