proye fisika ii
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UNIVERSIDAD
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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI PROYECTO DE INVESTIGACIONFACULTAD DE INGENIERIAS
JOSE CARLOS MARIATEGUI
INTRODUCCION
El presente trabajo fue basado en el tema de termodinámica; nuestro proyecto
consiste en construir un MOTOR STRILING de madera del cual nosotros nos
daremos cuenta de las controversias que tiene nuestro proyecto
CARRERA PROFESIONAL DE INGENIRIA CIVILCURSO DE FISICA II
AUTORES:
• FLORES FLORES FIORELI
• RIOS COLQUE JOSELIN
• ZAPATA AGUILAR
GUISELA
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1. PLANTEANMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. OBJETIVOS
1. Dar a conocer un mecanismo que permita generar energía a partir del calor.
2. Proponer un proyecto el cual puede ser til para la vida cotidiana
!. "ostrar la reutili#aci$n del material reciclable para crear un mecanismo el cual
genere energía
%. &a elaboraci$n del motor 'tirling es (ec(o con el fin de obtener en lo posible) el
rendimiento má*imo de una máquina a dos fuentes) que es el rendimiento de +arnot.
Para esto) un cruce a diferentes niveles , recuperador de calor recupera las p-rdidas
de calores) y las restituye en el momento de las p-rdidas de frío) de modo que el ciclo
sea equivalente a dos isotermos y dos adiaba tiques.
. /uestro objetivo es demostrar e*perimentalmente la relaci$n entre la diferencia
de temperaturas entre los focos de la máquina t-rmica y la potencia desarrollada) es
decir) su velocidad.
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2. HISTORIA
"00 '3&3/4
En 1516 el reverendo Escoc-s obert 'tirling patent$ un motor que
funcionaba con aire caliente.
&a patente de este motor era el glamoroso final de una serie de intentos
de simplificar las máquinas a vapor.
'tirling consideraba demasiado complicado calentar agua en una caldera)
producir vapor) e*pansionarlo en un motor) condensarlo y mediante una bomba
introducir de nuevo el agua en la caldera. 0tro impulso para desarrollar un
nuevo sistema fueron los accidentes fatales causados frecuentemente por las
máquinas a vapor) ya que an no se (abía inventado el acero y las calderas
e*plotaban con facilidad.
El motor de 'tirling reali#aba los mismos procesos de calentamiento y
enfriamiento de un gas) pero todo dentro del motor y el gas era aire en ve# de
vapor de agua) por lo que el motor no necesitaba caldera. 7n tipo de motor
bastante comn en su -poca) sobre todo para peque8as maquinas de uso
domestico tales como ventiladores) bombas de agua etc..) su potencia
especifica no era muy elevada pero su sencille# y silencio eran magníficos.
&a teoría física) el proceso +arnot) fue definido %9 a8os mas tarde:
El principio del funcionamiento es tan solo el calentar y enfriar un medio de
trabajo) sea aire) (elio) (idr$geno o incluso un líquido.
+alentando ese medio provoca una e*pansi$n del mismo dentro del motor.
El medio de despla#a a otra parte del motor d$nde es enfriado.
l enfriar el medio) el volumen se reduce de nuevo.
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Ese cambio de volmenes activa un pist$n de trabajo el cual ejerce el trabajo
del motor.
El motor es (erm-tico por lo que siempre se utili#a el mismo medio en un
circuito cerrado olanda.
&a segunda guerra mundial puso fin a una serie de nuevos desarrollos y solo
(ace 2 a8os volvieron a iniciar nuevas iniciativas y desarrollos. >oy en día se
utili#a motores 'tirling para generar calor) para impulsar submarinos y
apro*imadamente como motores en autom$viles (íbridos.
3. MATERIALES
a. 7n globo
b. 7n tubo de ensayo.
c. 7na vela
d. "anguera de suero o ca8ita
e. % o +anicas de acero
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i. +orc(o
j. 7n par de largos tornillos
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e. l corc(o de goma (a#le un agujero) sobre su eje) por el que
puedas pasar el trocito de tubo metálico.
f. 7ne el alambre al tubo de ensayo) para que este se pueda mover
verticalmente.
g. +orta un tro#o de 2 pulg. por 1 cm de trupán. y (a#le un agujero
para que pase la jeringa.
(. tornilla en los ?sacados? que (iciste en la base los dos palitos de
trupán de 1 cm de largo.
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i. Ponle unas bolitas de rodamiento al tubo de ensayo y cierralo
con el corc(o) luego) al tubo de metal que sale por el interior del
corc(o) nele la ca8ita que deberás unir al globo
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5.-APLICACIONES Y USO DEL MOTOR STIRLING
Hoy en día lo !o"o#e S"$l$n% on a&l$'ado &a#a #eal$(a# )a#$a "a#ea*
Al%+no e,e!&lo on-
✓ Plan"a de ene#%ía ola#
✓ Mo"o#e &a#a a+"o!.)$le
✓ Mo"o#e &a#a +/!a#$no
✓ 0o!/a de 'alo#
✓ Ma1+$na 2#$%o#í3'a
✓
Co#a(one a#"$3'$ale
a) INDUSTRIAS DEL AUTOMOVILISMO:
7na de las mayores dificultades para utili#ar motores 'tirling en ve(ículos
no (íbridos es que resulta muy difícil construir uno de estos motores logre
partir instantáneamente. +uando uno se sube a su auto) le gusta que parta a la
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primera y pueda salir inmediatamente) cosa que los motores 'tirling no pueden
(acer. pesar de estas limitaciones) Aord) 4") y merican "otors +orp.
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El gigante estadounidense 4"
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'in embargo) en la siguiente fase del desarrollo de este proyecto ya no se
recurri$ a un motor 'tirling) sino a uno de gasolina dotado de avan#ada
tecnología anticontaminante.
b) SISTEMAS DE COGENERACION CON MOTOR STIRLING
Esta tecnología no está an completamente desarrollada y no tiene amplio
espectro de aplicaci$n) sin embargo (ay un inter-s creciente debido a ciertas
ventajasH
M Perspectivas de altos rendimientos
M Nuenas performances a cargas parciales
M Ale*ibilidad de combustibles
M Najo nivel de vibraciones y ruidos M Najo nivel de emisiones
Oui#ás esta tecnología no sea ampliamente conocida) en consecuencia es til
presentar los principios básicos de funcionamiento.
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c) DESARROLLO EN LA TECNOLOGIA DEL MOTOR STIRLING:
3nicialmente) la investigaci$n y desarrollo apunt$ a los motores de
autom$vil de potencias entre ! y 199 I. Entonces) el esfuer#o se reorient$
(acia motores de 1 a 1) "I con una vida til esperada de 29 a8os. Dado que la
tecnología se encuentra an en fase de desarrollo) no (ay datos estadísticos de
confiabilidad y disponibilidad) pero se espera que sea comparable a la de los
motores Diesel. El gas de trabajo opera en paso cerrado y no participa en la
combusti$n. sí) las partes en movimiento del motor no están e*puestas a los
productos de la combusti$n) como resultado) el desgaste producido es
comparado con un motor de combusti$n interna. 'in embargo son necesarios
sellados especiales para evitar p-rdidas de gas de trabajo a alta presi$n y su
p-rdida al medio ambiente) así como del lubricante que pasa del cige8al al lado
interior del cilindro. 7na de las dificultades t-cnicas encontradas (asta a(ora
es la construcci$n de sellos efectivos de larga vida.
El motor de pist$n libre mencionado más arriba (a evolucionado como una
soluci$n a los problemas de sellado. El pist$n libre con un alternador lineal
adosado puede ser sellado (erm-ticamente de modo de contener el gas de
trabajo durante e*tensos períodos) y el gas de trabajo mismo sirve de
lubricante. El pist$n reali#a una oscilaci$n arm$nica) que produce la compresi$n
y e*pansi$n del gas) mientras que un despla#ador sirve para mover el gas entrelos intercambiadores frío y caliente. En la actualidad) la potencia de estos
motores está restringida a unas decenas de I. 'u característica es la buena
adaptaci$n a aplicaciones de micro cogeneraci$n.
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d) PERFORMANCE DE SISTEMAS DE COGENERACION CON MOTOR
STIRLING:
El ciclo 'tirling tiene la capacidad de tener más altas eficiencias que la de
los ciclos anKing y Joule) debido a que se apro*ima más al ciclo de +arnot.
>abitualmente) el rendimiento el-ctrico es del orden del %9 y se espera un
incremento al nivel del 9 . En particular) los motores de pist$n libre para
micro cogeneraci$n tienen rendimientos el-ctricos del !9 al !. &a eficiencia
total de sistemas de cogeneraci$n con motores 'tirling está en el rango del 6
al 5 y la relaci$n 'K es de 1)2 a 1)B.
decuadamente dise8ados) los motores 'tirling tienen dos carreras de
potencia por revoluci$n) en suma) la combusti$n es continua. Esta
característica lo (ace de marc(a muy suave) con niveles de vibraci$n menores
que los del motor de combusti$n interna. &a combusti$n continua produce
menores niveles de ruido y emisiones
.!PRINCIPALES VENTAJAS " DESVENTAJAS:
GentajasH
✓ El aporte de calor es e*terno) por lo que las condiciones de combusti$n
son fle*ibles.
✓ Aunciona con cualquier fuente de calor) no solo por combusti$n) por lo que
se puede utili#ar fuentes de calor como solar) geot-rmica) nucleares)
biol$gicas) etc.
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✓ 'e puede usar un proceso de combusti$n continua) por lo cual se pueden
reducir la mayor parte de las emisiones
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✓ 'e pueden usar para bombear agua) pudiendo dise8arse para utili#ar el
agua como refrigerante del foco frío)
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✓ 7n motor 'tirling no puede arrancar instantáneamente) tiene que primero
TcalentarseU. Esto es cierto para todos los motores de combusti$n e*terna)
pero menor que otros como la maquina de vapor. 'u mejor uso es en motores
que requieran una velocidad constante.
✓ El trabajo reali#ado por un motor 'tirling tiende a ser constante y para
ajustarlo se requiere un dise8o cuidadoso y mecanismos adicionales.
4eneralmente se (ace variando el despla#amiento del motor o la cantidad de
fluido de trabajo. Esta característica es menos crítica en el caso de motores
de propulsi$n (íbrida el-ctrica o en la producci$n de electricidad de base de
carga) donde esa producci$n constante es deseable.
✓ El >idrogeno por su baja viscosidad) alto calor especifico y conductividad
t-rmica es el fluido de trabajo por e*celencia en t-rminos de termodinámica y
dinámica de fluidos. 'in embargo presenta problemas de confinamiento y
difusi$n a trav-s de los metales. RQS. Por ello se usa generalmente >elio conpropiedades muy semejantes) que además es inerte) y no inflamable como el
>idrogeno. El aire comprimido presenta riesgo de e*plosi$n por la presencia de
0*igeno) por lo que la alternativa es eliminarlo por combusti$n o utili#ar
/itr$geno.
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#.!CONCLUSIONES
al y como muestran los datos e*perimentales) la diferencia de temperaturas
es el factor fundamental en la velocidad del motor. más diferencia de
temperaturas) mayor es el áera del ciclo termodinámico en la gráfica P,G y por
lo tanto mayor es el trabajo desarrollado) trabajo que se invierte en aumentar
la energía cin-tica del motor) esto es) su velocidad.
+omo puede comprobarse en la gráfica) (emos detectado e*perimentalmente
la diferencia de temperaturas ?umbral? a partir de la cual el motor comien#a a
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moverse. +onforme la diferencia de temperaturas entre focos va aumentando)
la velocidad del motor aumenta lentamente.
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