UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA LA MOLINACurso: Fsica de Calor y
procesosProfesor: Luis Yoza YozaMOTOR STIRLING, ISPOSITI!O
T"RMOIN#MICO R"G"N"R$TI!O
Alumnos: Pimentel Garcia Roco L. 20100123Ponce Bravo Mirella A.
20100124Rodrigue Rivera !unior A.2010012"Gru#o de $eora: %La
Molina& 0' de (iciem)re del 2011INTRO%CCI&N*l uso del
#rinci#io +sico a#licado #ara el motor ,tirling es decir la
e-#ansi.n delaire caliente o cual/uier otro gas como el0elio&
0idrogeno& nitr.geno& etc no esnuevo& sino /ue 0a sido
utiliadodesde tiem#osmu1 antiguos& #or e2em#lolosegi#cios 1a lo
utilia)an #ara #oder desarrollar alg3n ti#o de tra)a2o
mec4nico& deesta +orma #odan #oner en marc0a #uertas&
tram#illas o inclusive #esadas#uertas. ,in em)argo no +ue 0asta la
5#oca de la Revoluci.n 6ndustrial cuando
lasma/uinasco)raronunaim#ortancia1desarrolloes#ectacular&
endondelasma/uinas t5rmicas +ueron estudiadas 1 a#licadas a las
necesidades del0om)remoderno. Al #rinci#io se la invent. como una
com#etencia a la m4/uina de va#or#ero no la su#er. de)ido a /ue si
)ien es cierto tiene un alto rendimiento& no
lograalcanaraltasvelocidadescomolasdeva#orde)idoa/uele+alta)a#otencia#eroel
motor ,tirlingeraunam4/uinam4ssencilla&
)arata1segura/ueseasegur.uncam#odea#licaci.n&
endondela+ueranoeratanim#ortante&dise74ndose entonces
ventiladores 1 )om)as de agua. )asadas en este #rinci#io.*s as como
el motor ,tirling& un ti#o de motor t5rmico inventado a
#rinci#ios delsiglo 8966& genera tra)a2o mec4nico a #artir de
la di+erencia de tem#eraturas entredos +ocos& de)ido a la
contracci.n 1 e-#ansi.n de un gas. La actual #reocu#aci.n #or el
cam)io am)iental 1 el e+ecto invernadero& adem4sde la escase de
recursos energ5ticos +.siles como el #etr.leo& en el
#laneta& 0an0ec0o /ue este motor vuelva a surgir como una
alternativa de soluci.n& dado sugran rendimiento /ue en
t5rminos te.ricos #uede llegar a un ti#o de rendimiento:arnot. Por
e2em#lo0o1e-isteunavariedaddearte+actos
/ueutilianeste#rinci#io& incluso algunos con )ase ac3stica. *n
*s#a7a& en la Plata+orma ,olar deAlmera& se 0an construido
e/ui#os ;conocidos como (istal 1 *uro(6,A,A estudia su
+acti)ilidadcomo +uentede energa #aranuestros sat5lites.'(
O)*"TI!OS: :onstruir una ma/uina t5rmica ,tirling 1 0acerla
+uncionar con materiales comunes. *studiar el +uncionamiento del
motor ,tirling. (eterminar las venta2as 1 desventa2as en el motor
,tirling.+( M$RCO T"&RICO?n motor ,tirling es un dis#ositivo
/ue convierte calor en tra)a2o& o viceversa& ade un ciclo
termodin4mico regenerativo& con com#resi.n 1 e-#ansi.n
cclicasdel +luido de tra)a2o& o#erando dic0o +luido entre dos
tem#eraturas& la del +ococaliente 1 la del +oco +ro. *n el
motor ,tirling un gas est4 con+inado en una c4mara cerrada& no
sale alam)iente. *l gas se des#laa de un e-tremo a otro de la
c4mara& cuando est4enune-tremo& una+uentedecalor
e-ternalocalienta@ esto0ace/uesee-#anda 1 as se #roduce la +uera
del motor. ?na ve /ue alcana su m4-imae-#ansi.n& el gas se
traslada al otro e-tremo de la c4mara& donde se en+ra&
lo/ue#rovoca/uesecom#rima. (es#u5ssellevanuevamenteal
e-tremocaliente #ara iniciar un nuevo ciclo. ?n tam)or
des#laadomueve el gas entrelos dos e-tremos de lac4mara1 otro
dis#ositivo& el #ist.n de #otencia&a#rovec0a la e-#ansi.n
#ara #roducir la +uera del motor. La modeliaci.n del ciclo
termodin4mico del motor ,tirling siem#re #arte de la)ase de /ue las
evoluciones asociadas a la variaci.n de volumen se realia demodo
isot5rmico& de modo /ue durante la e-#ansi.n se #roduce la
introducci.nde calor del ciclo 1 durante la com#resi.n se #roduce
la e-tracci.n. *l
motor,tirlingo#eraconun+luidomotorenunciclocerrado&
o)teniendotra)a2oa#artir decuatro#rocesoscclicosconsecutivos:
a#ortedecalor&e-#ansi.nconel
a#ortedecalordela+uentedecalor&e-tracci.ndecalor0aciaunacumulador
t5rmicoregenerativo1com#resi.ncone-tracci.ndecalor 0acia el +oco
+ro.A Proceso I: *-#ansi.n isoterma a la tem#eratura Tdel +oco
caliente& del cual sea)sor)e la cantidad de calor Qc :U1B0
Qc=W1=pdV=(nRTc /V)dV=nRTcln(Vmax/Vmin)>0-Poceso II:
en+riamiento is.coro desde T:a T%. *n este #roceso& el
regeneradora)sor)e del aireel calor Qreeneraci!n"WII=0QR= U66
Bnc9;$%A$:=C0-ProcesoIII:CompresinisotermaalatemperaturaTdelfocofro,
al cualsecedelacantidad de calor QF:U666B0
D%BE666BnR$%ln;Vmin/Vmax)#o- Proceso IV: :alentamiento is.coro
desde T% a T:. Para ello& el regenerador cedeal aire la misma
cantidad de calor QR /ue a)sor)i. en el #roceso 66:E69B0 DRB
U69Bncv;$:A$%=F0,(M$T"RI$L"S ?n tu)o de co)re de 1GH cortados en
secciones de 2 #ieas de 2 I J& 1 2 #ieas de KH. (os latas
alrededor de 4H de di4metro #or "H de altura. (os latas de
re+resco. (os codos de co)re 1una uni.nde co)re en +orma de $.
(os)ielas de madera& dos de 2KH de largo. (os #oleas de 4H de
di4metro. ?n alam)re #ara el cigLe7al o e2e #ara las #oleas. ?na
)ase de madera de 1H anc0o 8 10H de cada lado. (os#ieas de 1H 8 2H
8 ' Jde longitud. ?na #iea de madera de 1H 8 4.KHde longitud. ?na
#iea de madera de 2H 8 4H 8 K0 cm. de longitud (os su2etadores
$ornillos de madera 2 armellas cerradas ,ilicona de carro-(
PROC"IMI"NTO 1.A :on la #iea de madera de 1H anc0o 8 10H de cada
lado& lo tomamos de)ase 1 encima de este u)icamos las dos #iea
de madera de1H 8 2H 8 'Jde longitud. *stas son su2etas con clavos
& luego entre el es#acio entre lasdos #ieas & u)icamos la
#iea de 1H 8 4.KHde longitud 1 las su2etamos .2. Luego#araterminar
dearmar laestructura& su2etamos#or la#arte#osterior de la )ase
a la #iea de 2H 8 4H 8 K0 cm. de longitud& /uedandoesta
#er#endicular a la )ase. 3. A la $ de co)re conectamos dos
secciones de co)re de 4MM a cada ladolateral& esto nos sirvi.
#ara conectar a los codos . 4. Luego a los codos &se les uni.
una secci.n de co)re de 4MM & #or el ladoli)re .Para evitar /ue
e-istan +ugas de aire 1 agua & se tra)a2o con te+l.n 1con una
silicona #ara carro . K.
$odalaestructuravaencimadelas3#ieasdemaderamencionadasanteriormente&
endondela$seu)ica0oriontalmente1am)oscodos+orman un 4ngulo de '0N
con la 0oriontal. ,e colocaron su2etadores aesta estructura en
general& #ara as tener una esta)ilidad en el sistema . O. (os
latas de 4H de di4metro #or "H de altura& se les 0ace un
ori+icio en elmedio & #ara esto tuvimos /ue recurrir a los
la)oratorios de +sica& en dondeel encargado nos +acilito los
instrumentos #ara realiarlo . ". Las lata grandes& #or el
ori+icio /ue se les realio& se conectan con el codo
&loscualessirvencomoa#o1o#araestas.Aun/uelosagu2erostenanelmismo
di4metro /ue lo codos& aun 0a)an un es#acio& #or donde se
#odaesca#ar el agua& es #or ello /ue se le a#lico la silicona
de carro alrededortanto #or dentro como #or +uera de la lata. G.
Las )ielas /ue est4n 0ec0as de listones de madera& son unidas a
las latasde gaseosa en el centro #or unos tornillos #e/ue7os de
madera. Por el otroe-tremo de las )ielas se coloca una armella
cerrada /ue van a estar su2etaal cigLe7al. '. :on elalam)re se
+ormo un cigLe7al& /ue #osee dos codos cerca a lose-tremos 1 a
donde van su2etas las )ielas. *ste cigLe7al est4 sus#endidoso)re
una estructura de metal en +orma de JLH& /ue est4n
entornilladas conla #iea de madera vertical. 10. :olocar las #oleas
en los e-tremos del cigLe7al& #ara su esta)ilidad usarsoldimi-.
11.A0ora en la lata grande derec0a& agregamos agua caliente 1
en los otrose-tremos agua +ra& #or lo menos m4s de la mitad. *n
el e-tremo en dondeest4 la lata caliente tenemos /ue colocar una
+uente de calor ;mec0ero=ara/uelatem#eraturasemantengaconstante1as
se#ueda+ormarva#or & 0aciendo /ue el volumen se incremente
& ingrese #or el tu)o& luegoal
codo1+inalmentellegueala+uente+ra&
im#ulsandolas#oleas1realiando tra)a2o . .(ISC%SI&N
Luegodeseguirconlos#asosindicadosanteriormente& #asamosa
colocarla+uente caliente en la lata indicada. (es#u5s de es#erar
unos minutos& nos dimoscuenta /ue las latas no se realia)an el
tra)a2o. :omo nuestra +uente caliente eraun mec0ero /ue contena ron
de /uemar& #resentimos /ue esta no era lasu+iciente #otencia
#ara 0acer /ue la tem#eratura de la +uente caliente
#rimeroaumente& #ara /ue luego se mantenga constante 1 as
#roduca va#or. ,eg3nestos resultados& #odemos in+erir /ue
el#ro)lema )4sico es la +uente de calor&estade)eraser
de#ro#ano. Asismo& #udimoso)servar /ueel cigLe7al noesta)a
esta)le del todo & lo /ue nos 0ace deducir /ue el tra)a2o /ue
se #roducase re+le2a)a0oriontalmente 1 no vertical & /ue es lo
/ue sere/uera /( CONCL%SION"S (es#u5sdel desarrollodel tra)a2o&
0emosllegadoalaconclusi.nde/ueel+uncionamientodel
motorde,tirlingnoestansencillo& comosedescri)e. ,etiene /ue
tener en cuenta la +uente de +uente de calor& esta de)e ser
intensa 1+uerte #ara /ue as 0a1a la +uera su+iciente #ara /ue se
realice el tra)a2o. La venta2a de este motor& es /ue alser un
motor e-ot5rmico& ace#ta cual/uier+luido o sustancia con la /ue
se realia el tra)a2o 1 ladesventa2a es /uede#endiendo de /u5
materialest4 ela)orado #ara ver la +uente de calor.
$N"0OSR"F"R"NCI$ )I)LIOGR$F1$Plvare %lQre& !es3s Andr5s@
:alle2.n Agramunt 6smael& *t al. Ma/uinas t5rmicas motoras&
M5-ico& *ditorialAl+aomega& enero 200K& ##. OKAO"&
3'1A3'K& 423.Rraemer ,ol.rano Al)erto. Jel motor del
+uturoH& S:.mo vesT& M5-ico& a7o K& >o 40. ##.
1OA1'.(e la
