Contrução-Motor Stirling

Contrução-Motor Stirling

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Índice:

Introducción

Planteamiento del problema: Objetivo.

Fundamentación teórica.

Máquinas y motores térmicos y el segundo principio de la termodinámica.

El motor Stirling.

Diseño de la experiencia.

Materiales Construcción del motor

Funcionamiento del artefacto Tailer

Recogida de datos

Análisis de datos

Conclusión Anexo:

Mi diseño Resumen

Bibliografía

Introducción:

La idea de realizar una versión doméstica del motor Stirling, la encontré en el artículo de una revista.

Me gustaba la idea porque trabajaba con materiales corrientes, lo que me permitía reciclar y reutilizar materiales como latas de refrescos, latas de conservas más grandes que las anteriores, pedazos de tuberías, trozos de madera, etc.

Resultaba atractiva la idea de que con esos materiales, que iban a terminar en la basura irremediablemente, se pudiera construir un motor que pudiera realizar un movimiento que podría ser utilizado para mover algo, en este caso hacer girar una rueda.

Se trata de un motor de combustión externa, la combustión no actúa directamente sobre el pistón como sucede en los motores de combustión interna, sino que actúa indirectamente valiéndose de un intermediario conocido como fluido motor. A este grupo pertenece la máquina de vapor, cuyo fluido motor es el agua.

Nuestro caso de motor de combustión externa es el que el reverendo Robert

Stirling presentó en Escocia en 1816. Originalmente su fluido motor era el aire pero en posteriores versiones lo sustituyeron por hidrógeno y por helio.

El motor Stirling merece nuestro interés por varias razones:

Recicla continuamente su fluido motor.

Puede utilizar cualquier fuente calorífica, lo que permite elegir un combustible poco contaminante.

Ofrece un rendimiento elevado en la conversión del calor en trabajo.

Pese a todo, debido a un cúmulo de circunstancias, la idea de Stirling quedó arrumbada, primero por culpa del vapor, y luego por la combustión interna.

Planteamiento del problema: Objetivo.

El objetivo de este trabajo es investigar el funcionamiento del motor Stirling a través de la realización de una versión doméstica construida con materiales corrientes.

De esta forma, investigar sobre el funcionamiento de un motor de combustión externa cuyo combustible podría ser uno poco contaminante.

Como no se dispone de ese tipo de combustible en el laboratorio, se empleará una bombona de gas.

Analizar:

Si el motor funciona mejor con regenerador o sin él. La temperatura a la que funciona mejor la máquina.

Por qué es importante el ángulo de 90º que forman las manivelas y por qué arrastra la manivela caliente a la fría.

Fundamentación teórica:

El funcionamiento del motor Stirling está basado en el segundo principio de la termodinámica (la posibilidad o imposibilidad de conseguir energía que esté en condiciones de ser empleada), que enunciado de forma sencilla afirma que es fácil convertir trabajo mecánico o energía interna de un sistema completamente en calor sin ningún otro cambio, pero es imposible extraer energía interna o calor de un sistema y convertirlo completamente en trabajo mecánico sin ningún otro cambio adicional. Este hecho se debe a que algunos procesos son irreversibles.

Un ejemplo de proceso irreversible es la conducción del calor. Si colocamos un cuerpo caliente en contacto con uno frío, el calor fluirá del cuerpo caliente al frío hasta que se encuentren a la misma temperatura. Sin embargo, el proceso contrario no se presenta nunca. Dos cuerpos a la misma temperatura que estén en contacto, se mantienen a la misma temperatura. El calor no fluye a la misma temperatura. El calor no fluye de uno a otro, haciendo que uno se enfríe cada vez más y que el otro se caliente cada vez más. El segundo principio de la termodinámica resume el hecho de que este tipo de procesos no se producen en la naturaleza.

Máquinas y motores térmicos y el segundo principio de la termodinámica.

El estudio de los rendimientos de las primeras máquinas térmicas dio origen a los primeros enunciados del segundo principio de la termodinámica. La primera máquina térmica práctica fue la máquina de vapor (siglo XVIII).

Una máquina térmica simple realiza el trabajo en un proceso cíclico: El cilindro que contiene el gas a una presión lleva un pistón o émbolo ajustado. En la

etapa el pistón se mantiene fijo mientras el gas es calentado y alcanza la presión . La presión aumenta a volumen constante

2P1. Entonces se añade el peso p para equilibrar el aumento de fuerza que se ejerce sobre el pistón debido a la mayor presión. En la etapa , se adiciona más calor permitiéndose al gas que se expansione a presión constante b

2, levantando el peso hasta cierta altura . En la etapa , se vuelve a mantener fijo el pistón, al mismo tiempo que se elimina calor hasta que la presión vuelve a ser . La presión decrece a volumen constante h c

1P 3. Entonces se elimina el peso de forma que el sistema vuelve a estar en equilibrio. En la etapa se comprime el gas a presión constante, eliminándose calor al mismo tiempo, hasta que el gas adquiere su volumen primitivo. d

1 Como se ve en la gráfica de la página siguiente. PV 2 Como se ve en la gráfica de la página siguiente. PV 3 Como se ve en la gráfica . PV

El resultado neto es que se ha introducido una cantidad de calor Q, se ha extraído otra cantidad , y se ha realizado un trabajo .

1. Máquina térmica simple que realiza trabajo en un ciclo.5

Las características importantes de un motor o máquina térmica son que una sustancia o sistema denominado sustancia de trabajo (agua en el caso de una máquina de vapor) absorbe una cantidad de calor Qa una temperatura elevada

, realiza un trabajo W y expulsa o elimina un calor h hTcQ 6 a una temperatura inferior T. Luego vuelve a su estado original la sustancia de trabajo. La máquina o motor térmico es pues un dispositivo cíclico. c

El objetivo de una máquina o motor térmico consiste en convertir la mayor cantidad de calor de entrada en trabajo. El calor que entra procede del foco hQhQ

4 El resultado neto del ciclo es que se ha realizado trabajo levantando el peso hasta una cierta altura

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