Proyecto stirling-2010-ies-leonardo-da-vinci

download Proyecto stirling-2010-ies-leonardo-da-vinci

of 20

  • date post

    18-Dec-2014
  • Category

    Documents

  • view

    803
  • download

    1

Embed Size (px)

description

 

Transcript of Proyecto stirling-2010-ies-leonardo-da-vinci

  • 1. El motor Stirling I.E.S. Leonardo da Vinci Majadahonda- LA MQUINA OLVIDADA RESCATADA PARA EL FUTURO EL MOTOR STIRLING DISEO, CONSTRUCCIN Y ANLISIS EXPERIMENTAL I.E.S. Leonardo Da Vinci Avda. Guadarrama, n42 - 28220 Majadahonda -Madrid- Tel.: 91 638 74 23 - Fax: 91 638 75 13 iesleonardodavinci@iesleonardodavinci.es http://www.iesleonardodavinci.es/ Tutor Ral Baos raul_banos@hotmail.com Miembros del equipo (1 de Bachillerato) Carlos Llave Pablo Claus Eduardo Matellanes Carlos Martnez-AbarcaConcurso espacial INTA 2010
  • 2. El motor Stirling I.E.S. Leonardo da Vinci Majadahonda- Nota preliminar del tutor del proyecto: El presente dossier pretende ser un trabajo no slo de investigacin terica sino tambin de experimentacin prctica. Ha sido llevado a cabo por un grupo de cuatro alumnos de 1 de bachillerato durante un perodo de tres meses en el taller de tecnologa y el laboratorio de fsica del instituto. El objetivo final ha sido el diseo, la construccin y el anlisis experimental de una mquina trmica prcticamente olvidada desde principios del siglo XX y que en los ltimos aos ha resucitado como una de las posibles soluciones a los problemas energticos mundiales. Dado el excepcional rendimiento del motor de aire caliente que ide Robert Stirling, sus aplicaciones al mundo espacial son estudiadas por universidades y agencias como la NASA o la ESA como alternativa factible para solucionar el problema de abastecimiento energtico en satlites y asentamientos humanos fuera de nuestro planeta. Una forma de producir energa de manera sencilla, barata, sin apenas mantenimiento tcnico y con un magnfico poder para transformar la energa. El proyecto se completa con el diseo de una pgina web donde se ha incluido toda la informacin de este dossier adems de un vdeo con el proceso de construccin de nuestro motor Stirling experimental, invitamos pues a los evaluadores de este trabajo a visitar nuestra web: www.proyectostirling2010.tk Ral BaosConcurso espacial INTA 2010
  • 3. El motor Stirling I.E.S. Leonardo da Vinci Majadahonda- Indice 1. Introduccin 2. Historia. 3. Principios de funcionamiento. 4. Tipos de motores de aire caliente. 5. Aplicaciones pasadas, actuales y futuras. 6. Construccin de un motor gamma Stirling. 7. Datos experimentales. 8. Conclusiones y bibliografa. 1. Introduccin.El fenmeno fsico de la expansin del aire caliente fue ya utilizado en tiempos de losegipcios para desarrollar trabajo mecnico, accionando de esta manera trampillas,puertas y pesadas cargas, pero fue en la revolucin industrial cuando las mquinasllamadas trmicas se estudiaron, desarrollaron y aplicaron de manera general.El Motor Stirling objeto de nuestro estudio es untipo de motor trmico y como tal, genera trabajomecnico a partir de la diferencia detemperaturas entre dos focos.La actual preocupacin medioambiental y lacada vez ms acuciante escasez de recursosenergticos de carcter fsil ha hecho que sehaya rescatado del olvido este genial artilugiocomo una de las posibles soluciones a tales problemas dado su excepcional rendimiento. 2. Historia.Robert Stirling fue un clrigo Escocs que, heredando el inters de su padre por laingeniera, dise en 1816 un motor trmico que funcionaba sin peligro de las explosionesy quemaduras que tenia la maquina de vapor. Posteriormente sera el francs Sadi Carnotel que hiciera una interpretacin terica de su funcionamiento para comprender elConcurso espacial INTA 2010
  • 4. El motor Stirling I.E.S. Leonardo da Vinci Majadahonda-fenmeno de producir fuerza motriz partiendo del calor que fluye entre dos focos a distintatemperatura.Si bien en potencia no poda competir con la, famosa por entonces, mquina de vapor, erael motor de Stirling una mquina mucho ms sencilla, barata y segura y se asegur uncampo de aplicacin all donde la fuerza no fuera un factor tan decisivo disendose asventiladores y bombas de agua basadas en el principio de la expansin y la compresindel aire. 3. Principios de funcionamiento. El principio bsico del funcionamiento del motor ideado por Stirling es calentar y enfriar un medio de trabajo, ya sea aire, helio, hidrgeno o incluso alguna clase de lquido. Al calentar el medio de trabajo, conseguiremos que incremente su volumen, y se aprovechar ese movimiento para desplazar una parte del motor. Posteriormente, enfriaremos de nuevo el medio de trabajo, reduciendo su volumen, y consiguiendo que el motor vuelva a la posicin inicial. El motor trabajar siempre con el mismo medio de trabajo, por lo que el motor debe ser hermtico.Imagen: http://www.moteur-stirling.comEn nuestro diseo, aplicamos calor en la parte inferior, y fro en la parte superior a unrecipiente hermtico que contiene el medio de trabajo (aire), y un pistn desplazador, paramover el aire de una zona del recipiente a otra. Al aplicar calor a la base del recipiente, ycon el pistn desplazador en la parte opuesta (arriba), aumenta la temperatura del aire,por lo que segn la ley general de los gases aumenta la presin, empujando unasuperficie elstica, mediante la cual conseguiremos movimiento. Este movimiento de lasuperficie elstica se transmitir a un cigeal, que a su vez ir conectado al pistndesplazador con en ngulo de noventa grados, de forma que, al subir la superficie elsticael pistn desplazador baje y desplace el medio de trabajo de la parte caliente delrecipiente a la parte fria, lo que har que disminuya el volumen y la presin del medio detrabajo, por lo que la superficie elstica volver a su estado inicial, completando elrecorrido del cigeal. Al volver a la posicin inicial, volver a subir el pistn desplazador,desplazando el medio de trabajo de nuevo a la parte caliente del recipiente, aumentandoConcurso espacial INTA 2010
  • 5. El motor Stirling I.E.S. Leonardo da Vinci Majadahonda-su volumen, la presin, y repitiendo el proceso.El ciclo termodinmico del motor de Stirling visto en la grfica de presin contravolumen, se compone de dos procesos isotermos (se mantiene constante la temperatura)y de dos procesos iscoros (se mantiene constante el volumen), veamoslo en detalle:Si partimos por ejemplo de la situacin en la que el pistn desplazador se encuentra en laposicion ms baja, el aire se encontrar por competo en la cmara fra del cilindro,supongamos pues que esas condiciones son de temperatura T1, volumen V1 y presinP1. Ahora el pistn desplazador comienza subir y en consecuencia el aire comienza a serenviado a la parte caliente del cilindro [trazo A, iscoro], se supone que este proceso sehace a volumen constante y por lo tanto cuando ya est todo el aire en la parte calientelas condiciones son de volumen V1, de temperatura T2 (mayor que T1) y de presin P2(mayor que P1). El aire, al estar ms caliente y con mayor presin comienza aexpansionarse generando trabajo mecnico [trazo B, isoterma], al expandirse su volumenpasa a ser V2 (mayor que V1) y su presin desciende a P3 sin embargo mantiene sutemperatura T2.Llegado este punto el pistn desplazador comienza de nuevo su recorrido descendente yenva de nuevo todo el aire a la parte fra del cilindro sin cambiar el volumen V2 [trazo C,iscoro], la temperatura baja a T1 y la presin a P4. Por ltimo volvemos al punto departida del ciclo al comprimirse el aire manteniendo su temperatura T1 y reduciendo suConcurso espacial INTA 2010
  • 6. El motor Stirling I.E.S. Leonardo da Vinci Majadahonda-volumen a V1 y con presin P1 [trazo D, isoterma]. De esta manera comienza el ciclo denuevo.