UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y LA MECÁNICA

LABORATORIO DE TERMODINAMICA

PERFIL DE PROYECTO

Diseño y construcción de un motor Stirling para la obtención de energía eléctrica.

I. TITULO Diseño y construcción de un motor Stirling para la obtención de energía eléctrica.

II. FECHA DE PRESENTACION

Martes, 11 de agosto del 2015

III. RESPONSABLES DEL PROYECTO

Estudiantes:

Jiménez Jaramillo Cristopher Andrés Vaca Sánchez Luis Miguel

IV. COLABORADORES PROFESIONALES

Profesores:

Ing. Buenaño Abarza Jaime Roberto

Ing. García Delgado Reinaldo

Ing. Delgado Rodríguez Sivananda Salmanazar

V. AREA DEL TEMA

Termodinámica.

VI. INSTITUCION BENEFICIARIA CON EL PROYECTO

La institución beneficiada es la “UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE”, específicamente el Laboratorio de Termodinámica ya que servirá como material didáctico.

VII. BENEFICIARIOS DEL PROYECTO

Los principales beneficiarios de este Proyecto serán los alumnos de la materia de Termodinámica de la “UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE”, ya que este les servirá como material didáctico donde podrán observar ya aprender los principios termodinámicos de forma práctica.

VIII. LOCALIZACIÓN GEOGRÁFICA

El proyecto se desarrollará en las instalaciones y laboratorios de la “Universidad de las Fuerzas Armadas – ESPE” Av. Gral. Rumiñahui s/n Sangolquí – Ecuador.

IX. DURACIÓN DEL PROYECTO

El proyecto durará aproximadamente dos meses y tres semanas a partir de la fecha de entrega de este perfil, el perfil se entrega el 20 de Mayo del 2015 y el proyecto se entregará el 11 de Agosto del 2015.

X. ÁREA DE INFLUENCIAÁrea de influencia directa

La Universidad de las Fuerzas Armadas.

Área de influencia indirecta

Cantón Rumiñahui.

XI. ANTECEDENTES

El escocés Robert Stirling en 1816 patentó un motor que funcionaba con aire caliente, al cual llamó Stirling.

Stirling desarrollo este motor en su intento de simplificar los procesos de las máquinas de vapor ya que consideraba demasiado complicado calentar agua en una caldera, producir vapor, expandirlo en un motor, condensarlo y, mediante una bomba introducir de nuevo el agua en la caldera.

Otro impulso que motivó a Stirling a desarrollar este motor fueron los accidentes fatales causados frecuentemente por las máquinas a vapor, ya que aún no se había inventado el acero y las calderas explotaban con facilidad.

Fig1. Esquema del primer motor Stirling construido por Robert Stirling en 1816.

A pesar de ser mucho más simple y eficiente, al menos en teoría, que una máquina de vapor clásica, los motores Stirling nunca fueron muy conocidos y su aplicación en el mundo real no pasó a más, ya que los motores de combustión interna casi terminaron por eliminarlos.

A inicios del siglo XX, la compañía Philips, de Holanda, empezó a investigar en este motor. En la actualidad, con la crisis ambiental en el mundo, se buscan motores que disminuyan las emisiones tóxicas, y es por eso que el motor Stirling vuelve a despertar interés.

Actualmente, en diversos países desarrollados, estos motores han alcanzado desarrollos impresionantes, y dentro de algunos años éstos podrían reemplazar a los motores de combustión interna en diversos usos. Los motores Stirling se usan en submarinos, en refrigeradores, en automóviles, en plantas de generación de energía eléctrica, etc.

XII. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

Durante años las industrias y los motores de combustión interna han afectado irremediablemente a la atmósfera, uno de los principales causantes de estos cambios es la alta emisión de CO 2, ocasionado principalmente por la combustión del petróleo.

Por lo tanto es necesario reducir las emisiones de gases tóxicos, esto se lograría con el uso de motores que tengan un bajo nivel de emisiones.

El motor Stirling es una opción a los requerimientos antes propuestos, además que trae consigo una alta eficiencia, bajo nivel de ruidos y emisiones tóxicas, y además puede funcionar con una amplia gama de combustibles debido a que es un motor de combustión externa

XIII. OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL Diseño y construcción un motor Stirling.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Generar energía eléctrica suficiente para encender 40 LEDS. Verificar que el motor Stirling diseñado funcione a 1500rpm. Determinar las ventajas y desventajas del motor Stirling respecto a otro tipo de motores.

XIV. ALCANCE DEL PROYECTOConstrucción y puesta en marcha del motor Stirling con base en los conocimientos adquiridos en termodinámica que enciendan que gire a 1500rpm y encienda 40LEDS.

El motor Stirling podría ser usado en zonas rurales donde se cuente con combustibles convencionales o alternativos, y de esta manera se podría utilizar para la generación eléctrica a pequeña escala, lo cual permitirá el desarrollo de las actividades productivas y mejorar la calidad de vida, en dichas zonas, sin dañar el medio ambiente.

XV. JUSTIFICACION E IMPORTANCIA

La Universidad de las Fuerzas Armadas ¨ESPE¨ a través de la Carrera de Ingeniería Mecánica y el Laboratorio de Termodinámica tiene como objetivo esencial el desarrollar profesionales con conocimientos integrales, tanto prácticos como teóricos, por lo que se ha planteado el diseño y construcción de un motor Stirling para de esta manera complementar y comprender de mejor manera los conocimientos adquiridos en esta materia.

Este proyecto tiene gran importancia ecológica y económica, ya que reduciría el daño ambiental y controlaría el incremento del precio de combustibles fósiles.

XVI. MARCO TEORICO

XVII. METODOLOGIA Y EQUIPAMIENTO

METODOLOGIA

EQUIPAMIENTO

Aquí nos dijo que pongamos materiales como soldadura pistones esas cosas

XVIII. PLAN ANALÍTICO

CAPÌTULO I

1. INTRODUCCIÒN

1.1. ANTECEDENTES

1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

1.3. OBJETIVOS

1.3.1.Objetivo General

1.3.2.Objetivos Específicos

1.4. ALCANCE

1.5. JUSTIFICACION E IMPORTANCIA

1.6. FACTIBILIDAD

1.6.1.Factibilidad Económica

1.6.2.Factibilidad Tecnológica y Técnica

1.7. LIMITACIONES

CAPÌTULO II

2. MARCO TEÒRICO

2.1. DEFINICION DE MOTOR STIRLING

2.2. FUNCIONAMIENTO DE MOTOR STIRLING

2.3. DESCRIPCIÓN DE LOS COMPONENTES DEL MOTOR STIRLING

2.3.1.1. Zona Caliente

2.3.1.2. Zona Fría

2.3.1.3. Regenerador

2.3.1.4. Pistón

2.3.1.5. Desplazador

2.3.1.6. Mecanismo de conversión de movimiento

2.3.1.7. Volante

2.4. CICLO TERMODINAMICO DE MOTOR STIRLING

2.5. TIPOS DE MOTORES STIRLING

2.5.1.1. Tipo α

2.5.1.2. Tipo β

2.5.1.3. Tipo γ

2.6. APLICACIONES

2.7. PARÁMETROS DE DISEÑO

2.7.1.1. Análisis térmico general de un motor Stirling2.7.1.2. Eficiencia mecánica máxima de un motor Stirling

CAPÌTULO III

3. DISEÑO

3.1. DISEÑO PRELIMINAR

3.1.1.Esquema

3.2. PARAMETROS DE DISEÑO

3.2.1.Análisis cinemático del mecanismo

3.2.2.Análisis térmico en el foco caliente

3.2.3.Análisis térmico en el foco frío

3.3. DISEÑO DE DETALLE

3.3.1.Selección de Materiales

3.3.2.Cálculo térmico para el motor Stirling

3.4. PLANOS

3.4.1.Dimensionamiento del desplazador

3.4.2.Dimensinamiento del piston

3.4.3.Dimensionamiento del cilindro

3.4.4.Dimensionemiento del cilindro

3.4.5.Dimensionamiento del eje

3.5. PROTOTIPO

3.5.1.Pruebas

3.5.2.Cálculos

CAPÌTULO IV

4. CONSTRUCCIÒN

4.1. CONSTRUCCION DE PARTES DE DISEÑO FINAL

4.2. ENSAMBLE

5. MANUAL DE USUARIO

CAPITULO V

6. ANÀLISIS ECONÒMICO Y FINANCIERO

6.1. COSTO DE FABRICACIÓN

6.1.1.COSTO DE MATERIALES

6.1.2.COSTO DE MANO DE OBRA

CAPÌTULO VI

7. CONCLUSIONES

8. RECOMENDACIONES

9. BIBLIOGRAFÌA

XIX. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

"Stirling Engines", G. Walker (1980), Clarenden Press, Oxford.

“Fundamentos de ciencia de materiales e ingeniería”, D. Askeland, Thomson,

Ontario, Canadá

“Termodinámica”, Y. Cengel, Mc GrawHill, México.

XX. ANEXOS

PRESUPUESTO REFERENCIAL

(Adjunto)

TIENE QUE SER MAS COSTOSO SUPERE LOS 100

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADESPrimera unidad elaboración del perfil y proformas del equipo

SEGUNDA UNIDAD AVANCE DEL CAPITULO 2 Y 3

(Adjunto)

FIRMAS DE RESPONSABILIDAD

…………………………………………………… …………………………………………………… Caguana Caiza Carlos David Chávez Bedoya Tamara Dennise

…………………………………………………… ……………………………………………………Gutiérrez Vásconez Jefferson Fabricio Jiménez Jaramillo Cristopher Andrés

…………………………………………………… ……………………………………………………Pulupa Pasquel Andrés David Urgilés Ochoa Juan Francisco

…………………………………………………… Vaca Sánchez Luis Miguel

ActividadMeses

Mayo Junio Julio

Semanas

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2

01/05/201505/05/2015

06/05/201515/05/2015

16/05/201523/05/2015

24/05/201531/05/2015

01/06/201507/06/2015

08/06/201515/06/2015

16/06/201522/06/2015

23/06/201530/06/2015

01/07/201508/07/2015

09/07/201517/07/2015

18/07/201524/07/2015

Revisión bibliográfica

Realización del perfil

Investigación de tipos de motores Stirling

Análisis termodinámico de Schmidt

Análisis cinemático del mecanismo

Análisis de materiales a utilizar

Realización de la proforma de los materiales

Obtención de los materiales para el

Mecanización de los materiales

Dimensionamiento del motor

Dimensionamiento del desplazador

Dimensionamiento del eje

Construcción del diseño final

Balance energético

Pruebas para del potencial al eje

Pruebas de generación eléctrica

Análisis de resultados

Elaboración del informe final

Entrega del informe final

Presupuesto materiales

concepto unidad costo $disco de acero inoxidable 2 10,00Tubo 1 10,50disco de aluminio 2 14,00cilindro de cobre 1 132,47plancha de acero 5 26,20eje de acero 1 3,20eje de bronce grafitado 1 16,84platina 1 1,69cilindro de cobre grafitado 1 7,62bridas de asbesto 2 4,77seguros seager para exteriores 10 9,50pernos de acero inoxidables 10 15,60

Presupuesto del costo de materiales mecanizados y la mecanización de los otros materiales

concepto unidad costo $eje 2 15,88manivela 2 6,35pistón 1 8,00conectores 2 14,60bielas 6 7,62engranes 2 48,56bridas para engranes 2 16,74vástago 1 8,40dezplazador 1 25,40cilindro de zonda fría 1 65,00cilindro de zonda caliente 1 70,00plancha soporte 1 20,85pines de conectores 4 6,50otros 40,00total 353,90