Palacios Hernndez Lourdes Scarlett

Rodrguez Serrano Omar

Equipo

Motor Stirling tipo Gamma

Termodinmica

Introduccin

Las mquinas trmicas han acompaado a la humanidad desde hace varios siglos, gracias

a ellas ha sido posible la transformacin de calor en trabajo, haciendo posible desde las

locomotoras hasta los complejos motores de combustin interna. Pero de todas mquinas

trmicas existe una cuyo rendimiento sirve de referencia para todas las dems.

Objetivo

Construir un motor Stirling con Materiales caseros.

Teora

Este motor necesita una diferencia de temperatura para funcionar. Entre mayor sea la

diferencia de temperatura mayor ser la eficiencia., la cual viene dada por

= 1

Ecuacin 1

Donde Tc es la temperatura absoluta del foco fro y Tc la temperatura absoluta de foco

caliente.

Ciclo de Stirling

Ciclo de Stirling tiene cuatro procesos termodinmicos (los cuales se describirn ms

adelante). Los cuales son dos procesos Isocricos (volumen constante) y dos procesos Isotrmicos.

Diagrama PV del ciclo de Stirling

Expansin isotrmica 1-2

Al aportar la cantidad de calor Q12, el gas se expande en forma isotrmica del volumen V1

al V2 (ilustracin 4a). La presin dentro del cilindro se reduce de acuerdo con la ecuacin

1. Dado que con cambios de estado isotrmicos no cambia la energa interna U del sistema

(dU = 0), del primer principio de la termodinmica resulta dW = -dQ, vale decir, el calor

aportado se convierte completamente en trabajo mecnico

Enfriamiento isocrico

El pistn de trabajo se ubica en el punto de inversin inferior (V = V2 = V3) . Ahora, el

desplazador se mueve hacia arriba (ilustracin 4b) y el gas caliente fluye a travs del

regenerador "fro" a la zona enfriada inferior del cilindro. En ello, el gas es enfriado (por el

regenerador) de la temperatura T1 a la temperatura T2 y reduce su energa interna en ( )

2123 TTUC V = . Dado que en cambios de estado isocricos no se realiza trabajo

mecnico (W23 = 0), se obtiene del primer principio que el calor 0 2323 =< QU se

transfiere al regenerador calentndolo y luego vuelve a quedar disponible para el

calentamiento isocrico del gas. (Por decirlo as, sin regenerador, el Q23 se "derrochara"

entregndolo al agua refrigerante).

Compresin Isotermica

Mediante el volante, el pistn de trabajo vuelve al punto de inversin superior (ilustracin

4c). En ello, el gas en la parte "fra" del cilindro se comprime a temperatura T2 pasando del

volumen V3 al volumen V4. En ello, aumenta la presin del gas de acuerdo con la ecuacin 1. El trabajo se entrega en este proceso al refrigerante como calor Q34.

Ecuacin 3

Calentamiento Isocrico 4-1

El pistn de trabajo se ubica en el punto de inversin superior (V = V4 = V1). Ahora, el

desplazador se mueve hacia abajo (ilustracin 4d), y el gas fro fluye a travs del

regenerador "caliente" a la zona calentada superior del cilindro. En ello, el gas es calentado

(por el regenerador) de la temperatura T2 a la temperatura T1 y aumenta su energa interna

en ( ) 1241 TTUC V = . El calor requerido para ello 4123 41 UQQ = = es extrado del

Ecuacin 2

regenerador y ste vuelve a enfriarse. (Sin regenerador, el Q41 tendra que ser compensado

por la fuente de calor).

Al final, se realiz el siguiente trabajo neto:

Ecuacin 4

Implementacin

Materiales

Cilindro

Recortamos los bordes del bote plstico, obteniendo un cilindro hueco

Recortamos tapas de lata metal, para obtener 2 discos de metal

Pistones

Trabajo

Recortamos dos discos en papel batera

Recortamos una tira de opalina

Fuerza

Envase de plstico cilndrico Lata de aluminio Silicn (alta temperatura) Silicn Alambre Soportes de plstico Plastilina Contenedor de pomada (plstico) Tarjetas de plstico

Adhesivo instantneo Espiral de Alambre

Varilla de plstico pequea Papel batera

Hoja opalina Tubos de plstico pequeos

2 CDs usados

Usamos un ungento labial con friccin despreciable.

Cigeal

Doblamos alambre hasta forma deseada

Ejes pistn

Tubos de lapicero recortados a longitudes necesarias

Observaciones

El eje del cigeal debe estar alineado con los ejes de los pistones

El disco que necesita una masa para que el momento con respecto al eje del cigeal sea

cero

La masa del rotor debe ser lo suficientemente grande para conseguir el momento de inercia

La altura del pistn de trabajo debe ser aproximadamente 2/3 de la altura del contenedor

Resultados

Modelo final con materiales caseros

Se logr una velocidad pequea, aunque bastante dado los problemas con la friccin.

El tiempo aproximado para que empieza a rotar es de 3 minutos .

Conclusiones

El motor logr su cometido aunque con gran esfuerzo. Existen perdidas de energa en

friccin y en el aislamiento del motor, pero creemos que stas pueden reducirse con mejores materiales.

Referencias

Youtube.com

http://www.todomotores.cl/

wikipedia.org

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/