Diseño y dimensionamiento de un disco parabólico Stirling, para uso docente.

Abstract

En el contexto de la Política Energética 2050 de Chile, que resalta la importancia de la energía solar en la matriz energética, y el curso ME-5240 Laboratorio de Energía, este trabajo se enfoca en el diseño y dimensionamiento de un concentrador solar de disco parabólico Stirling. La principal motivación es avanzar en el uso de energías renovables y proporcionar una herramienta docente para el laboratorio de energía del departamento de Ingeniería Mecánica, permitiendo a los estudiantes comprender y experimentar con tecnologías de energía solar térmica. Para el dimensionamiento y diseño de este concentrador solar, se consideró una potencia requerida al eje del motor Stirling de 5 a 15 W. A partir de esta asunción, se determinaron las áreas necesarias para concentrar la irradiancia solar, considerando las eficiencias mecánicas y térmicas del motor, así como la eficiencia de concentración. El dimensionamiento determinó un radio de 0,5 m para el disco parabólico, que entregará calor concentrado a un motor Stirling tipo β capaz de producir hasta 20 W de potencia, según las condiciones de diferencia de temperaturas a las que se someta. La metodología empleada en este trabajo incluyó el uso de software de modelado y simulación para diseñar el concentrador solar y el motor Stirling, escalando un motor Stirling tipo β seleccionado. Se realizaron estimaciones de irradiancia y eficiencias esperadas, seguidos de modelaciones de segundo orden para prever el rendimiento del motor bajo diferentes condiciones de temperatura. Se generaron múltiples planos y archivos CAD buscando un diseño ligero, modular y de fácil manufactura. El diseño del concentrador solar y el motor Stirling se centró en ser ligero, modular y de relativa fácil manufactura. Se proporcionaron archivos CAD del diseño y planos para facilitar la manufactura y futuras modificaciones, en caso de llegar a ser fabricado el disco parabólico Stirling. Este proyecto contribuye al avance de la investigación en energías renovables y proporciona una experiencia educativa práctica y sostenible para los estudiantes de ingeniería mecánica. La conceptualización y desarrollo de un concentrador solar de disco parabólico Stirling como herramienta docente sienta las bases para futuras investigaciones y desarrollos en el campo de la energía solar, promoviendo un futuro más verde y sostenible.