Motor Stirling

Capítulo I

Resumen

El motor Stirling, es un dispositivo capaz de producir energía mecánica debido a una fuente de energía calorífica la cual permite disminuir costos en el proceso y representando gran importancia a nivel industrial y en áreas como el motor Stirling diseñado especialmente para yates, el motor de los submarinos y hasta para convertir la energía solar en eléctrica también es empleado dicho motor con el principio Stirling, en vías de demostrar dicho principio e innovar a razón de estar diseñado a base de materiales reciclables. Se ha fabricado un dispositivo para demostrar la funcionalidad de este artefacto. Mediante el cual se demuestra la compresión y expansión cilíndrica de aire u otro gas, denominado fluido de trabajo, el cual se encuentra a diferentes niveles en cuanto a temperatura y de esta manera genera una conversión neta de energía calorífica a mecánica, este dispositivo tiene su origen hacia 1816 por Robert Stirling, quien lo diseño por primera vez y en respuesta al motor de vapor, represento gran relevancia en las aplicaciones domesticas por casi un siglo. Actualmente los motores que emplean combustible fósiles son numerosamente utilizados en la actualidad y en la mayoría de casos, muchas familias o estudiantes desconocen de esta opción térmica aplicable. El motor Stirling, teóricamente representa un rendimiento máximo en el ámbito de los motores térmicos, pero no podría emplearse como motor de coches, debido a que. Aunque su rendimiento es mayor, su potencia es inferior y el rendimiento óptimo solo alcanza velocidades bajas. El dispositivo al cual referimos diseñar, demostrara la capacidad de producir corriente eléctrica al producir energía luminosa, se hará la demostración prototípica del principio del motor Stirling a fines didácticos y de aplicación.

Introducción

En el siguiente proyecto se dará a conocer una nueva perspectiva de aplicación diversa denominado; Motor Stirling, el cual faculta hacer un uso más eficiente y económico de los recursos en función de un mejor desempeño. Dicho producto permite obtener energía lumínica utilizando solo calor como fuente provisora en vías a la obtención de energía eléctrica mediante un mecanismo de conversión de energía calorífica en energía eléctrica mediante un proceso termodinámico, además de representar máxima eficiencia como motor térmico también se busca hacer inducción a la comunidad universitaria en una antiguamente útil forma de obtener electricidad involucrando materiales reciclables, haciendo énfasis al bienestar medio ambiental y conceptualizando de una manera más objetiva a los miembros estudiantiles hacia esta forma de obtención energética. Considerando el desconocimiento de este recurso de alto desempeño y de aplicación fiable para la sociedad, de esta manera exponiendo de forma más rentable este tipo de motor térmico. Se dará en exposición una demostración física completa de la funcionalidad de este motor bajo el principio Stirling y ampliando de una manera teórica-práctica los conocimientos de tendencia eléctrica para los intereses estudiantiles a partir de un prototipo para fines didácticos.

Planteamiento del problema.

¿Es posible aprender, descubrir y aportar al medioambiente, atravesó de un dispositivo?

La actual situación económica y la conciencia medio-ambiental en el afán de obtener energías. Ha permitido innovar en nuevas formas para obtenerlas a partir de otras y de nuevos recursos con un impacto económicamente positivo y en el ámbito ecológico. En función de ello, se Diseñará y fabricará un dispositivo que funcione adecuadamente en relación al motor Stirling actual, el cual es utilizado en gran medida y en aplicaciones diversas como consecuencia del avance tecnológico, a pesar de ser un aparato originado antiguamente y de mucha utilidad a nivel doméstico durante la antigüedad, en el nuevo siglo es rigurosamente desconocido en su totalidad y por ende surge la iniciativa de enfatizar hacia esta forma energética de manera innovada a partir de materiales reciclables (ver anexos 2,3,4). Desarrollando el principio de dicho motor y a su vez instruyendo de manera didáctica a la sociedad en esta forma de obtención de energía. Se busca incentivar a la población hacia una familiarización con la electricidad por medio de este proyecto y descentralizando el temor manifiesto de la sociedad en gran porción hacia la energía eléctrica, para ello se fomentara a la comunidad a realizar muestras de voltaje producido por el generador del proyecto ya mencionado también se aportara nuevas posibilidades de generación energéticas a través de un prototipo de motor térmico que funciona a partir de alcohol etílico.

Antecedentes

El producto oferente se remonta al periodo de 1816 año en el cual se patento y como respuesta a la necesidad de obtención de energía mecánica para realizar diversos trabajos en lo cotidiano y para sufragar un bajo consumo de recursos en el aspecto económico con relación al motor de vapor existente durante ese periodo. Se le atribuye como creador durante esa época a Robert Stirling, inventor del motor que conlleva ese nombre en su honor (motor Stirling). El producto contemplo gran utilidad durante la revolución industrial, debido a que la antigua y existente máquina de vapor eran monstruosas aun y costosas, además de ineficientes e incluso peligrosas a razón de que sus calderas explotaban con facilidad.

En sus primeros tiempos, fue empleado como fuente de poder para pequeñas maquinas, herramientas y bombas de agua. Posteriormente un barco logro ser movido con un motor de esta clase. Cabe destacar que se realizaron ventas posteriormente de ventiladores con una mecha al costado del artefacto. Surgió la perfección de las máquinas de vapor, también la creación del motor de combustión interna y años después la disfunción por medio de las redes eléctrica, originaron el deploro y abandono del motor de aire caliente, como consecuente del hecho, actualmente es desconocido.

En el periodo de los 60 surgió a partir de la figura de Philips al desarrollar un generador eléctrico y a la par del aparato el sistema de refrigeración producía agua caliente para usos doméstico, En la época de los 70, la necesidad de encontrar motores alternativos dio lugar a la creación de automóviles con el ciclo Stirling, se consignó como energéticamente más eficientes y con mejores impactos para el medio ambiente. Más recientemente se emplea para obtener energía eléctrica partir de una fuente calorífica, el sol. En la actualidad es utilizado en los submarinos, yates y ampliamente en refrigeración, aprovechando al máximo los recursos, desde el mismo calor que produce la mano hasta una humeante taza de café ya que solo requiere un diferencial de temperatura para generar energía mecánica. La empresa estadounidense Stirling Energy Systems utiliza este principio para la obtención de electricidad a partir del sol (ver anexo 1), captando la radiación solar por medio de discos parabólicos en donde se sitia el motor Stirling (producen mayor cantidad en porcentaje de electricidad con relación a los panes solares y con menos espacio). También es empleado en aviación y en motores de yates entre otros ámbitos.

Descripción del producto

El siguiente producto busca rescatar y realzar la importancia de un descubrimiento que ha sido base de innovación y fundamental para tecnología con un énfasis muy marcado hacia un bienestar ambiental y con alto grado de eficiencia, a partir de un prototipo diseñado con la facultad de una funcionalidad apta proyectando el principio del ciclo Stirling, cuenta con un sistema de cilindraje para proporcionar un impuso al vapor caliente el cual dará movilidad a un generador, dando lugar a un fenómeno llamado excitatriz dentro del generador, el movimiento continuo atreves de dos polos magnéticos opuestos permitirá la generación y movilidad de electrones concediendo de esta manera corriente eléctrica e iluminando un LED, contara con un voltímetro el cual dará incentivo al público para asociarse e identificarse de manera recíproca con el proyecto, representa un punto de encuentro entre la base de un producto de trascendencia e importancia antigua y también de gran utilidad en diversas áreas actualmente. Contempla una forma pedagógica con un equilibrio apropio teórico-práctico para un beneficio estudiantil apropiado. Expone como artefacto conceptos muy relevantes aplicables en un contexto amplio para comprender mejor un entorno movilizado por la electricidad y con proyección a futuras innovaciones.

Tipos de motor Stirling

• Motores tipo ALFA

Desde un punto de vista termodinámico, la función es similar a la patentada por Stirling, diseñado por Rider (Estados Unidos). Consta de dos cilindros, uno se calienta promedio de alcohol y un mechero y el otro se enfría mediante aletas o agua. (Ver anexo 2)

• Motor tipo beta

Se basa en el tipo originalmente diseñado por Stirling. Consta de un cilindro el cual presenta una zona fría y otra caliente. En el interior un desplazador permite pasar el aire de una zona fría a caliente. (Ver anexo 6)

• Motor tipo gamma

Consta de dos cilindros separados, uno contiene el separador y el otro un pistón de potencia. Los sistemas de enfriar y calentar son idénticos al de tipo beta, es más fácil de construir pero menos eficaz que el beta. (Ver anexo 7)

• Motores especiales

Se puede mencionar el Ringboom, la necesidad de simplificar el movimiento del pistón, en 1905 Ossian Ringboom, patenta este motor, el desplazador es movido por las variaciones internas de la presión en el motor y las fuerzas de gravedad. No era tan exitoso debido a la fuerza requerida en desplazador, restaba fuerza al movimiento del pistón. (Ver anexo 8).

Justificación

Buscar rescatar el pasado donde fue desarrollado el motor Stirling con un gran énfasis en sus aplicaciones diversas durante la revolución industrial en el afán por facilitar el trabajo a partir de recursos más accesibles económicamente y comprender el futuro y la actualidad que concentra en gran medida el emplea miento de este principio Stirling, de esta manera capacitar a la comunidad universitaria de una manera apropiada y en contacto directo con un prototipo de funcionalidad por medio de dicho principio y de manera novedosa al ser constituido a base de materiales reciclables.

Capítulo II

Marco teórico

Marco metodológico

• Determinar proyecto

Se analizaron posibles opciones a crear, afines de mejorar en un aspecto especifico en la comunidad, se evaluó las posibilidades de desarrollar un motor Stirling debido al desconocimiento social la y antigüedad que representa este motor térmico, ampliamente utilizado en la actualidad.

• Evaluar proyecto

Se ahondo en el tema y se esquematizo ideas para el diseño y apropiada funcionalidad, también se consideró innovar.

• Investigar

Se realizaron investigaciones y dibujos pertinentes en función de desarrollar un panorama más claro, en vías a una exitosa funcionalidad, también se elabora la lista de materiales y costos.

• Pruebas

Se inicia con la elaboración y ensamble de las piezas contenidas en el proyecto, también las pruebas concurrentes generando bastante información y contiendas con la finalidad de mejoras.

Se realizan los ajustes y mejores requeridos a raíz de los resultados obtenidos.

• Finalización

Se termina en detalles el proyecto y se confirma su funcionalidad. Se enfatiza en ámbito de estética. Se emplea un voltímetro como pieza adicional (ver anexo 5).

Resumen metodología empleada

Se determinó la necesidad de diseñar un motor térmico como respuesta al desconocimiento social sobre el tema, se diseña un motor Stirling innovado con materiales reciclables. Previas investigaciones e ideas diversas, surgen de manera inmediata la lista de materiales , dando inicio al proyecto, posteriormente se realizan las pruebas y correcciones debidas garantizándose y corroborándose el correcto funcionamiento y se da la finalización y acabados de detalles en el motor térmico.

Diagrama de flujos

Cronograma de actividades

Bitácora

Fecha: 03/01/2014

Lugar Tillarán- Casa de Julio

Entrada: 10 A.M.

Salida: 3 P.M.

Actividad:

• Buscar proyecto.

• Buscar compañeros de grupo.

• Coordinar con la directora de la carrera.

Observaciones:

• Proyecto diseñado para fines didácticos, conformado por tres estudiantes d Operación y Mantenimiento de Plantas de Energías.

Fecha: 06/01/ 2014

Entrada: 9 A.M.

Salida: 5 P.M.

Actividad:

• Se busca información detallada para construir el proyecto.

• Se escoge el proyecto "Motor Stirling"

Observaciones:

• Se observó un video tutorial, sobre construir un motor Stirling.

• Se decide realizar el proyecto en Tillarán, casa de Julio.

Fecha 25/01/2014

Lugar: Tillarán- Casa de Julio

Entrada: 1 A.M.

Salida: 5 P.M.

Actividad:

• Unión y ensamble de piezas con pegamento

• Depurar tiempo para secado del dispositivo a diseñar.

Observaciones:

• Utilización de pegamento para altas temperaturas y tiempo de secado contemplo 2 horas.

Actividad:

Elaborar la rueda o volante del motor.

Fecha: 01/02/2014

Lugar Tilarán

Entrada: 8 A.M.

Salida: 1 P.M.

Actividad:

• Comprobar si hay fuga de aire entre la lata que contiene el pistón y la otra que esta adjunta a la placa con la bomba.

Observaciones:

• Para este paso se ensamblo la base, el pistón y la Bomba.

Pendientes; seguir con el ensamblaje de piezas y demás, hacia la rueda o volante.

Fecha: 07/02/2014

Lugar: Tillarán- Casa de Julio

Entrada: 11 A.M.

Salida: 6 P.M.

Actividad:

• Se termina de ensamblar todas la partes del motor y se afinan detalles para mejorar su estética

Observaciones:

• Se utiliza pintura Sur impermeable de color rojo y se ajusta el pistón para mejo movilidad del mismo.

Fecha: 23/02/2014

Lugar: Tillarán- Casa de Julio

Entrada: 8:30 A.M.

Salida: 5:20 P.M.

Actividad:

• Se implementan mejoras y se realizan ajustes correspondientes, debido a la falla surgida días posteriores con la funcionalidad del pistón.

Observaciones:

• Se terminan las pruebas y se incorpora el voltímetro como recurso para fortalecer el aspecto didáctico.

Precios y costos

Capítulo III

Resultados

El motor cumple con la expectativa formulada, emite la luminosidad atreves de un LED, empleando como fuente de arranque vital alcohol etílico, la adaptación del voltímetro canaliza una importante relación estudiantil entre la persona y el motor térmico. El prototipo concentra un bajo peso y volumen, facilitando el desplazamiento del mismo. Constituye un aspecto positivo en el ámbito medio ambiental y se crean expectativas en la sociedad.

Pruebas

• Se determina la necesidad de mayor investigación debido a la inercial función al generar movimiento a la dinamo, para provocar la excitatriz que permita la transformación de corriente eléctrica.

• Surge la problemática con la vela empleada como fuente, debido a que las latas en uso no cumplen con la función de resistir, por lo cual se desarrolla la idea de sustituirlas por otras de mayor tamaño y resistencia.

• Se detecta un giro inadecuado y poco fluido en el pistón, para lo cual se ajustan tornillos y radios que permiten la movilidad de dicho pistón, logrando de manera más eficiente, un movimiento rotatorio más eficaz y eficiente para una mejor producción de corriente directa.

Análisis de resultados

Se alcanzó en detalle la finalidad didáctica contenida en un prototipo, donde es fácilmente visible el proceso interno de conversiones de energías. Se consigue exponer conceptos a un público general y a nivel eléctrico, Se cataliza y promueve el interés general en la sociedad sobre aspectos eléctricos y también se disminuye el grado de temor manifiesto por la sociedad ante la electricidad.

Conclusiones

Del trabajo anterior, se puede designar un gran aporte contemplado en este dispositivo cuyos inicios descubrimientos se remonta a la antigüedad, se conceptualiza el tema eléctrico en la sociedad, la innovación en un marco medioambiental se represento con éxito debido a la utilización de material reciclable, en un contexto social, es vital promover el conocimiento eléctrico a razón de el gran volumen de usuarios que requieren de manera directa y/o indirecta estar en contactos con la electricidad y un mundo de motores, donde los sistemas automatizados grafican una importante necesidad en la población en la facilitación de trabajos, a nivel industrial es de gran influencia y fácilmente encontrados estos artefactos en el entorno, el desarrollo de este proyecto, se basa en expresar un principio de generación eléctrico que abarca la funcionalidad similar en otros contextos tales como: plantas generadoras de electricidad, motores, artefactos y hasta dispositivos electrónicos. La formación de la población en este ámbito, es el principal reto.

Recomendaciones

• Realizar investigaciones de la funcionalidad de otros motores, para consolidar conocimientos.

• Realizar muestras de voltajes en diversas áreas y dispositivos para confrontar temores eléctricos y experimentar nuevas magnitudes de medidas eléctricas.

Referencias

Links Videos:

http://www.youtube.com/watch?v=D0Dm2azfAEc

http://www.youtube.com/watch?v=rXnLCAvYYNY

Links blogs:

http://motorstirlingyadyrtecsup.blogspot.com/

Anexos

(Anexo 1)

(Anexo 2)

(Anexo 3)

(Anexo 4)

(Anexo 5)

(Anexo 6)

(Anexo 7)

(Anexo 8)

(Anexo 9)

Autor:

Jairol Solano

Johan Pérez

Julio Chavarría

Cinthia Murillo

INSTITO INVENIO DE TECNOLOGIAS EMERGENTES

30/01/2014