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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE TAPACHULA INGENIERÍA EN SISTEMAS AUTOMOTRICES MATERIA: TERMODINÁMICA CATEDRÁTICO: ING. JULIO CESAR GÓMEZ PROTOTIPO A ENTREGAR: FABRICACIÓN DE UN MOTOR STIRLIRLING CASERO DE CANICAS INTEGRANTES DEL EQUIPO: •

MONZON LOPEZ SAMY

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AGUILAR BARRIOS LEVI ESAU

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CHAVEZ VELEZQUEZ REY DAVID

GRADO: 5º CUATRIMESTRE GRUPO: “A” TURNO MATUTINO FECHA: 22/04/16.

INTRODUCCION Podemos darnos cuenta que nosotros como ingenieros en sistemas la termodinámica surge con la intención de comprender el funcionamiento de las máquinas de vapor. Es natural pues, incluir este tema en cualquier tratado de termodinámica. Hoy, aun cuando la termodinámica tiene un espectro de acción más amplio, una de las áreas de mayor interés sigue correspondiendo a la conversión de calor en trabajo útil. El objetivo de este capítulo es discutir en detalle la aplicación y el funcionamiento de ciclos de producción de potencia y los de refrigeración, que resultan similares en principio. Los sistemas estudiados en este capítulo se caracterizan por el hecho de que el fluido de trabajo se condensa y evapora en alguna parte del ciclo.

OBJETIVO DEL PROYECTO Crear un motor Stirling el cual se haga con materiales reciclables los cuales permitan que el motor casero sea funcional, por medio de calor sin ninguna dificultad y riesgo alguno. La finalidad de este proyecto es que nosotros como ingenieros en sistemas automotrices aprendamos la verdadera aplicación del ciclo de potencia termodinámico Stirling y cuantos tiempos genera en su ciclo.

ANTECEDENTES DEL PROYECTO. Para nuestro proyecto de ingeniería nos enfocaremos en el ciclo de potencia Stirling el cual necesitaremos como base para poder diseñar y crear nuestro motor casero.

El ciclo Stirling Historia Es un ciclo cerrado termodinámico inventado en 1816 por un ministro escocés Robert Stirling. Fue utilizado como motor y era considerado de ser capaz de reemplazar el motor de vapor desde calderas utilizadas en motores de vapor tempranos tendían a explosiones mortales. La contraparte del motor de aire caliente, el refrigerador, primero fue reconocida en 1832. Ambas máquinas experimentaron altas y bajas puntos durante el siglo XIX. El principio detrás de las máquinas fue casi condenado a la oscuridad después de la invención del motor de combustión interna (motores de gas, gasolina y diesel) y compresor refrigeradores con evaporación externo. En 1938 el famoso laboratorio de investigación de Philips holandés era buscando un medio a los generadores de electricidad para sistemas de comunicación de onda corta en zonas remotas sin suministro de electricidad. El motor de aire caliente prácticamente olvidada atrajo la atención. En 1946 Philips comenzó a optimizar las técnicas de enfriamiento utilizadas en el ciclo de Stirling. El resultado fue el desarrollo del mundo conquistando criogenerador, marcando el inicio de actividades significativas criogénicas en Philips. Aunque el motor de aire caliente de Stirling nunca se convirtió en un éxito comercial, el criogenerador Stirling ha estado vendiendo por miles en todo el mundo y ha sido incorporada en sistemas y proyectos utilizado desde la Antártida hasta el Polo Norte. Stirling criogeneradores se utilizan en una amplia gama de aplicaciones, incluyendo la producción de gases líquidos y refrigeración, de procesos industriales de líquidos y gases. Funcionamiento del ciclo El ciclo de Stirling alternadamente comprime y expande una cantidad fija de un gas casi perfecta (también conocido como gas ideal) en un ciclo cerrado. La compresión lleva a cabo a temperatura ambiente para facilitar la descarga de calor causado por la compresión, mientras que la expansión se lleva a cabo en la baja temperatura requerida. Con el propósito de explicación, el proceso puede ser dividido en cuatro fases distintas, ilustradas en la figura 1 y cada uno indica el número. Cilindro A está cerrada por pistón B y contiene una cierta cantidad de gas. El espacio interior del cilindro está dividido en dos sub espacios, D y E, por un segundo pistón C, llamado el displacer. Un canal anular F conecta espacios D y E

y contiene tres intercambiadores de calor: regenerador G, refrigerador H y congelador J. En posición I la mayoría del gas está en el espacio D y a temperatura ambiente. Durante la fase 1 este gas es comprimido por el pistón B. En la fase 2 el gas se desplaza mediante el desplazado del espacio D al espacio E, que es ya a baja temperatura. Durante este desplazamiento el gas pasa a través de los intercambiadores de calor. El refrigerador disipa el calor causado por la compresión a través de agua de enfriamiento. El regenerador enfría el gas casi a la temperatura imperante en el espacio E. En fase 3 la real producción de frío ocurre al permitir que el gas pre enfriado ampliar a través del movimiento del pistón y el displacer juntos. Finalmente, moviendo el desplazado (fase 4), el gas se devuelve al espacio D para un nuevo ciclo comenzar. Mientras pasa el congelador su frío se disipa al medio ambiente, y en el regenerador se recalienta casi alcancen la temperatura ambiente. Ahora se ha restaurado la situación inicial del ciclo.

Fases y funcionamientos del ciclo Stirling

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1 -2 Expansión Isoterma. De la fuente a TH 2 -3 Ambos pistones se mueven a velocidad manteniendo v=cte 3- 4 Compresión Isoterma, la fuente a TL 4-1 Ambos pistones se mueven a velocidad manteniendo v=cte Se absorbe calor la misma se cede calor a la misma El regenerador se queda con el calor en 2 3 haciendo que el gas se enfríe este calor lo devuelve en 4 1 haciendo que se caliente

CREACIÓN Y DISEÑO DEL PROTOTIPO “MOTOR STIRLING CASERO”

Materiales del prototipo           

1 tabla de madera 2 pedazos largos de alambre de amarre 4 pedacitos de madera 1 jeringa de vidrio 1 Manguera pequeña y delgada 5 Canicas 1 tubo de ensayo 1 corcho para poder tapar el tubo de ensaye 1 aguja 1 vela Cerillos

Procedimiento para crear el motor Stirling casero Para comenzar primero se clavaron los cuatro pedazos de madera en el lado derecho de la tabla se clavaron 3 pedazos de madera juntos con la finalidad de que en ese espacio se pueda poner la vela y en otro lado se clavó solo un pedazo de madera con la finalidad de poner la jeringa e ese espacio Después con ayuda de un desarmador se procedió a cobrar los pedazos de alambre de amare en forma de u para poder sostener el tubo de ensaye Después se procedió a insértale una aguja al corcho el cual nos va servir de tapón para el tubo de ensaye Después se procedió a ponerle al tubo de ensayo las 5 canicas y taparlo con el corcho que tiene la aguja insertada Se procedió a ponerle al tubo de ensayo un soporte que permite que pueda estar insertado en los pedazos de alambre de amarre Se procedió a conectar el tubo de ensayo que ya tiene puesto el corcho con la aguja insertada ala jeringa por medio de una manguera pequeña la cual va permitir el paso de aire a la jeringa a tubo de ensayo

Se procede a poner la jeringa junto con el tuvo conectado a su lugar la ya con la tabla y se calibro la jeringa a 2 mililitros con tal de que el tubo se pueda mover con facilidad Se puso una vela para que pueda generar el calor del motor y con ello se creo nuestro motor Stirling casero

Funcionamiento del motor Stirling casero Para este motor primero tememos que encender la vela la cual se va a pegar al tubo de ensayo y va permitir que se cree calor el cual va ser nuestro combustible por el cual funcione nuestro prototipo, para esto se lleva como unos 5 minutos para que funcione el motor . podemos darnos cuenta que cuando más calienta el tubo de ensayo la jeringa aumenta y sube de su posición por lo cual al marca la aguja 2 milímetros permite que las canicas puedan ser impulsadas y las mismas canicas puedan comprimir el aire caliente que se encuentra en nuestro motor por lo cual al comprimir el aire caliente permite que las canicas se puedan mover de un lado para otro y permite que nuestro motor esté en funcionamiento entre más caliente se encuentre nuestro prototipo más rápido funciona el motor casero

CONCLUSIÓN Podemos darnos cuenta que este prototipo no es tan difícil de hacer los materiales no son muy caros y no es pesado el procedimiento para diseñar el prototipo el único problema del prototipo es que una parte de él es de cristal y se arriesga a romper si no hay cuidado alguno, tarda mucho tiempo para funcionar y aprendimos el funcionamiento del ciclos Stirling.