Diseño de un Motor Stirling Tipo Gamma de Baja Diferencia de Temperatura

Abstract

Es bien conocida ya la crisis energética a la que se enfrenta todo país alrededor del mundo. En el caso particular de Chile, la disminución en los recursos hidrocarburos y la inestabilidad en las lluvias han generado recortes energéticos que han producido no sólo molestias a los usuarios domésticos, sino considerables pérdidas en el sector industrial. El gobierno ha reaccionado creando una serie de políticas para estimular la utilización de fuentes renovables no convencionales, y ha generado programas de eficiencia energética. El presente trabajo de título tiene por objetivo diseñar un motor capaz de utilizar recursos energéticos no convencionales de bajo potencial. En particular, el motor Stirling es capaz de trabajar con distintas fuentes calóricas, ya que es una máquina de combustión externa. Se ha considerado la disponibilidad de una fuente de agua termal con un recurso de 28 [lt/min] a 70°C, y una fuente de agua fría a 5°C con el mismo caudal. Una de las características mías sobresalientes del motor Stirling, es que es el único que teóricamente alcanza el rendimiento de Carnot, que es el mayor rendimiento que puede lograr una máquina térmica. El diseño consta de dos partes: un diseño termodinámico y un diseño mecánico. Para el diseño termodinámico se ha utilizado un modelo de simulación preparado especialmente para las características del recurso descrito, incorporando parámetros reales del motor que se pretende construir. Este diseño permite obtener las dimensiones más apropiadas para reproducir el ciclo Stirling de la mejor manera posible. El diseño mecánico presenta los materiales y las dimensiones finales que deben tener las piezas constituyentes del motor para reproducir el ciclo que se determinó en el análisis termodinámico. Se obtiene como resultado un modelo termodinámico para este motor en particular, pero que es fácilmente adaptable a otras configuraciones de motor y a otras características de recurso. Este modelo se utiliza como herramienta para optimizar las dimensiones de las distintas piezas del motor, de tal forma que se obtenga la máxima potencia posible. Después de diversas consideraciones sobre resistencia de materiales y propiedades de transferencia de calor de las mismas, se definen los materiales y dimensiones finales, las cuales quedan consignadas en los planos de construcción. La conclusión final de este trabajo es la realización completa del diseño del motor, estimándose una potencia generada de 156,8[W] a 310[RPM]. Se asegura la factibilidad constructiva del mismo con recursos nacionales y se presenta una discusión sobre los modelos termodinámicos utilizados.