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