Motor stirling de combustion externa

Motor stirling de combustion externa

1. ESTUDIO DEL MOTOR STIRLING DE COMBUSTION EXTERNA

2. INTRODUCCIÓN la  necesidad  de  evitar  la  contaminación   ambiental  y la  búsqueda  de  soluciones   paralelas  a la generación de energía eléctrica por otros medios que no sean los comunes conllevaron a los motroes de combustion externa y en particular los motores stirling al desarrollo de nuevas tendencias de producción de energía eléctrica  . ante  esta   situación ,  muchas   han   sido   las alternativas   que  el hombre ha  planteado  para la producción   energética,ensayando  el  uso   denuevas   fuentes  de  energía   que   puedan   sustituir  a los combustibles  fósiles,sinafectarsucalidad  de  vida ;  esta   nueva   búsqueda   tiene   como   principios   activos  la  adaptabilidadeconómica , la  protección  del  medio   ambiente  y la  igualdad  de  condiciones .

3. HISTORIA DEL MOTOR DE COMBUSTION EXTERNA el motor  stirling   invención  del  escocés   robert   stirling  en el  año  1.816.  es  un motor  deciclo   cerrado   muy   eficiente . el principio  de  funcionamiento  en  términos  simples,  es  el  trabajo mecánico   realizado   por  la  expansión  y  contracción  de un gas,  utilizando   diferencias  de temperaturas .  este  motor  presenta   muchas   ventajas  tales  como   sencillez  y  versatilidad , diversidad  de  fuentes  de  calor  para  su   funciona miento ,  bajo   costo ,  muy   eficiente  entre  otras que  se  mencionan  en el  desarrollo  del  trabajo  de   grado . El Dr. Robert  Stirling   Reverendo  

4. Marco Teorico Motor Stirling Se define maquina Stirling como aquel dispositivo que convierte calor en trabajo , o viceversa , a través de un ciclo termodinámico regenerativo , con comprensión y expansión cíclicas del fluido de trabajo , operando dicho fluido entre dos temperaturas , la del foco caliente y la del foco frio . Cuando la maquina opera de modo volumétrico recibe el nombre de maquina Stirling , mientras que si opera mediante flujo permanente continuo se denomina maquina de Ericsson.

5. Los primeros motores de aire caliente A mediados del siglo XIX fueron apareciendo otro tipo de maquinas térmicas , distintas a las maquinas de vapor, que constituyeron otra rama tecnológica : los llamados motores de aire caliente llamados así porque solo empleaban aire como fluido de trabajo . Posteriormente con el uso de otros gases provoco que fueran llamados de diferentes maneras , como motores de gas caliente , o bien , motores Stirling en honor a Robert Stirling .

6. El motor de Ericsson La máquina constaba de un calentador e, como puede verse en la zona izquierda de la figura 1.3, donde se quemaba el combustible en el fogón f. En el interior de un cilindro A se disponían dos pistones a y c; el primero de ellos es el llamado piston de trabajo , mientras que el segundo es el denominado pistón de suministro . El pistón a puede verse debajo del « volante de inercia » en la figura 1.3, mientras que el pistón c se encuentra a la izquierda del a. Realmente el objeto que tiene el pistón c es permitir el suministro de aire caliente que , al expandirse , mueve al cilindro a; a su vez , retira el aire enfriado una vez que se ha expandido .  

7. PRINCIPIOS TERMODINÁMICOS DE FUNCIONAMIENTO   Todos los motores termodinámicos funcionan con ciclos de calor , llamados con mayor frecuencia ciclos termodinámicos . Cada uno de estos ciclos tiene un nombre . Los motores termodinámicos se clasifican en endotérmicos ( combustión interna ) y exotérmicos ( combustión externa ). Como ejemplo de motores de combustión interna son los que se usan en los autos, estos funcionan con el ciclo Otto, los camiones , trenes y barcos con el ciclo Diesel, las plantas de poder frecuentemente funcionan con el Rankine , mientras que las turbinas de gas funcionan con el ciclo Brayton

8. Funcionamiento del motor Stirling Como se ha podido apreciar , el funcionamiento de este tipo de motores es relativamente fácil de comprender ya que su operación es sencilla y cuenta con pocos elementos constitutivos . Sin embargo, como en todos los ciclos termodinámicos reales , existen etapas que no se alcanzan a apreciar del todo , ya sea por sus altas velocidades de operación o por el proceso en si mismo . Se define maquina Stirling como aquel dispositivo que convierte calor en trabajo , o viceversa , a través de un ciclo termodinámico regenerativo , con compresión y expansión cíclicas del fluido de trabajo , operando dicho fluido entre dos temperaturas , la del foco caliente y la del foco frío .  

9. IDENTIFICACION E IMPORTANCIA El principio de funcionamiento del motor Stirling para la generación de energía eléctrica permiten dar solución a la problemática energética en los lugares donde no llegan la red de distribución. Este tipo de energía resulta económica y comercial y de impactos al medio ambiente controlables de cualquier manera que se quiera. Al ser de combustión externa, el proceso de combustión se puede controlar muy bien, por lo cual se reducen las emisiones. El fluido del trabajo opera en un ciclo cerrado.

10. CICLO DE FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR STIRLING Expansión isotérmica 1-2: en esta es en el cual se añade calor. Regeneración a volumen constante 2-3: etapa en la cual se transfiere calor al fluido de trabajo al regenerador. Comprensión isotérmica 3-4 : etapa durante la cual rechaza calor. Regeneración a volumen constante 4-1: etapa en la cual se transfiere calor desde el regenerador hacia el flujo de trabajo.

11. Diagramas P-V y T-S del Ciclo Stirling

12. el fluido de trabajo se considera como aire, el cual circula de modo continuo en circuito cerrado. el aire siempre se comporta como gas ideal, por lo que cumple con las relaciones de presión volumen y temperatura de los gases ideales. todos los procesos del ciclo se consideran internamente reversibles. el proceso de combustión se sustituye por un proceso de adicion de calor desde una fuente externa.

13. La  primera   experiencia   conocida  de los  motores   Stirling  se  remonta  al  año  1.699, con un rudimentario   artefacto   que   aprovechaba  la  expansión  del  aire   caliente  para  hacer   girar  un volante ,  experiencia   realizada   por  el  físico  Guillaume  Amontons , en  Francia  ,  sólo  un  año después   que   Savery   fabricase  la  máquina  de vapor para  bombear   agua . De  hecho  el  Nacimientode  los  motores   Stirling  se  remonta   siempre  en  paralelo  al  desarrollo  de  las   máquinas  de vapor. El gran desarrollo de los motores de combustión interna a partir de mediados del siglo XIX, y la mejora en el refinamiento de los derivados del petróleo coloca dichos motores de frente a la máquina de combustión externa.  Además  de  ese   hecho , la  invención  de  las máquinas eléctricas consigue desde principios del siglo XX que la máquina de vapor y los motores Stirling sean apartados a un lado en la carrera de la industrialización.

14. VENTAJAS Comienzan fácilmente su funcionamiento (no obstante lentamente, después de que ocurre completamente el calentamiento) y funcionan más eficientemente en tiempo frío, en contraste con la combustión interna que comienza rápidamente en tiempo caliente, pero no en tiempo frío. Son extremadamente flexibles.  Pueden   ser   utilizados   como  CHP ( calor  y  energía combinados) en el invierno y como refrigeradores en verano.  Teniendo  mayor  uso como motores. El calor residual se cosecha relativamente simple (comparado al calor residual de un motor de combustión interna) haciendo con ello útiles a los motores Stirling en cualquier campo que contenga el uso de procesos en los cuales el calor residual esté presente.

15. DESVENTAJAS La disipación del calor residual es especialmente complicada porque la temperatura del líquido refrigerador se mantiene tan inferior como sea posible maximizar la eficacia térmica.  Esto   aumenta  el  tamaño  de los  radiadores ,  que   pueden   hacer  un  poco   difícil  el tamaño  del motor.  Junto  con el  costo  de los  materiales ,  uno  de los  factores   que   limitan la adopción de los motores Stirling como motores automotores. Un motor Stirling no puede comenzar su funcionamiento inmediatamente; necesita literalmente “calentar”.  Esto   es   verdad  de  todos  los  motores  de  combustión   externa , pero el tiempo de calentamiento puede ser más corto para los motores Stirling que para otros de este tipo tales como motores de vapor.  Los  motores  de  Stirling  son  mejor usados como motores de velocidad constante. Algunos motores utilizan el aire o el nitrógeno como el fluido operante.  Estos  gases tienen densidad de una energía mucho menor lo que aumenta los costos del motor, pero son más convenientes de utilizar, y reducen al mínimo los problemas de la contención y de la fuente.  El  uso  del  aire   comprimido  en  contacto  con los  materiales   inflamables  o las sustancias tales como aceite lubricante, introduce un peligro de la explosión, porque el aire comprimido contiene una alta presión parcial del oxígeno.  Sin embargo, el nitrógeno  en  bombonas   puede   ser   utilizado   que   es   casi   inerte  y  muy   seguro

16. CONCLUSIONES se concluye que el motor de combustión externa (motor stirling ) es una tecnología que aunque poco difundida posee una serie de cualidades que se le reconocen como operación silenciosa, con capacidad teórica de alcanzar la eficiencia. se concluye que este motor puede alcanzar presiones superiores a la presión atmosférica ,así como también altas temperaturas ,representando con ello un deterioro de los materiales utilizados. uno de los principales retos a analizar al momento de algún diseño futuro es lograr evitar fugas del operante a altas temperaturas mientras las partes del motor están en continuo movimiento se concluye que una de las variables mas importantes de tener muy presente para el diseño o construcción de un motor stirling es la presión .

17. RESULTADOS Como resultado se puede decir que el motor stirling puede funcionar con combustible fósil para proporcionar energía. Los motores stirling es uno de los motores mas eficientes, económicos y utilizable con cualquier tipo de energía. El motor stirling resulta ser eficiente para transformar energía radiante solar en energía eléctrica usando un alternador o dinamo como elemento intermedio .