Mostrar el registro sencillo del ítem

Construcción y evaluación operacional de un motor stirling a escala

Construction and operational evaluation of a scale stirling engine

dc.contributorGoméz Rivera, William
dc.creatorSalcedo Joya, Yommara Stefanny
dc.creatorSerrato Pinzón, Ximena Carolina
dc.date2019-12-12T13:30:08Z
dc.date2019-12-26T22:09:19Z
dc.date2019-12-12T13:30:08Z
dc.date2019-12-26T22:09:19Z
dc.date2019-10-04
dc.date.accessioned2026-03-25T19:34:40Z
dc.date.available2026-03-25T19:34:40Z
dc.identifierhttps://hdl.handle.net/10654/32596
dc.identifier.urihttp://test.repositoriodigital.com:8080/handle/123456789/202185
dc.descriptionEl motor Stirling es un motor de combustión externa que tiene una fuente de calor proveniente de diferentes medios, como energía solar, eólica, eléctrica, geotérmica, entre otras. Con base a esto se tiene una fuente de calor, en la cual se va a hacer el estudio de cómo influye la variación de la temperatura con la eficiencia y la velocidad del motor. Se tomaron datos de la velocidad, la presión y temperaturas para por medio de estos realizar el cálculo de trabajo y eficiencia de cada motor. Para la visualización de la energía que entrega el motor, se realizó un diseño del acople entre el motor Stirling y un generador, para el cual se tuvo en cuenta el trabajo que se genera para el funcionamiento del sistema. Con el fin de observar cómo influye en el funcionamiento del motor, se varia el peso del volante de inercia y así mismo el material que se tendrá en el intercambiador de calor. Todos los resultados que se obtienen son comparados y estudiados para poder realizar una buena elección al diseñar un motor Stirling en futuras investigaciones. Para el desarrollo del proyecto se utilizaron software como MatLab®, SolidWorks® y Ansys®, en donde se realizan simulaciones térmicas, desarrollo de códigos para mecanizar piezas para el ensamble del motor y la visualización de las variables. Culminado la fase experimental del proyecto se encuentran eventualidades causadas por la falta de torque que posee la configuración gamma, lo cual impide la transformación de la energía mecánica en energía eléctrica. Con los resultados obtenidos se comprobó que el motor cumple con el ciclo termodinámico del modelo Stirling.
dc.descriptionThe Stirling motor is an external combustion motor that has different sources of heat, such as solar energy, wind energy, electricity, geothermal, among others. Based on this, there is a source of heat in which the study on how temperature variations are influenced by the efficiency and the velocity of the motor. Data points on velocity, pressure, temperature, torque, and efficiencies from each motor was taken. To visualize the energy created by the motor, a coupling between the Stirling motor and a generator was designed and the function of the system was taken into account. In order to observe the engine operation, the weight of the flywheel is varied as well as the material needed to exchange heat. All results are compared and analyzed in order to make the right decision when designing a Stirling motor. For this project MatLab®, SolidWorks® and ansys® were used in order to conduct thermal simulations, as well as for developing codes to mechanize parts for the motor assembly and the visualization of the variables. Concluding the experimental phase of the project there we finded eventualities caused by the lack of torque own of the gamma configuration, which inhibit the mechanical energy transformation into electric energy. With the reached results have been proved that the motor fulfills the thermodynamical cycle of the Stirling model.
dc.description1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................ 15 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... 16 1.2 JUSTIFICACIÓN .......................................................................................................... 16 1.3 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................ 17 1.3.1 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 17 1.4 ALCANCE ..................................................................................................................... 17 1.5 METODOLOGÍA DE TRABAJO ............................................................................... 18 1.6 ESTADO DEL ARTE ................................................................................................... 19 2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................. 25 2.1 DEFINICIÓN ................................................................................................................. 25 2.2 TIPOS DE MOTORES ................................................................................................. 25 2.2.1 Tipo Alfa .................................................................................................................. 25 2.2.2 Tipo Beta ................................................................................................................. 26 2.2.3 Tipo gamma ............................................................................................................ 27 2.3 PARTES DEL MOTOR ................................................................................................ 27 2.3.1 Regenerador ............................................................................................................ 28 2.3.2 Pistón ....................................................................................................................... 28 2.3.3 Desplazador ............................................................................................................. 28 2.3.4 Volante de inercia ................................................................................................... 28 2.3.5 Foco caliente ............................................................................................................ 28 2.3.6 Foco frio .................................................................................................................. 28 2.3.7 Mecanismo biela-cigüeñal ...................................................................................... 29 2.4 VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE UN MOTOR STIRLING ................................ 29 2.5 CICLO STIRLING........................................................................................................ 29 2.5.1 Procesos del ciclo .................................................................................................... 30 2.5.2 Ciclo completo ........................................................................................................ 31 2.5.3 Eficiencia ................................................................................................................. 32 2.6 PARÁMETROS DE DISEÑO ...................................................................................... 33 2.6.1 Influencia de los parámetros sobre la potencia ................................................... 35 2.7 TRANSFERENCIA DE CALOR ................................................................................. 36 2.7.1 Transferencia de calor por conducción .................................................................... 37 2.7.2 Transferencia de calor por convección .................................................................... 37 2.7.3 Transferencia de calor por radiación ....................................................................... 38 3. PROCEDIMIENTOS ........................................................................................................... 39 3.1 SELECCIÓN DE MATERIALES ............................................................................... 39 3.2 SIMULACIONES Y CAD ............................................................................................ 40 3.2.1 GENERACIÓN DEL CAD ................................................................................... 40 3.2.2 CONDICIONES INICIALES Y DE FRONTERA ............................................. 41 3.2.3 CONVERGENCIA DE MALLA .......................................................................... 41 3.2.3.1 Flow Simulation® ............................................................................................... 41 3.2.3.2 Ansys Fluent® ..................................................................................................... 44 3.3 CONSTRUCCIÓN DEL MOTOR ........................................................................... 46 3.3.1 Impresión de las piezas .......................................................................................... 46 3.3.2 Adquisición de componentes y materiales ........................................................... 46 3.3.3 Mecanizado y cortes ............................................................................................... 46 3.3.4 Pruebas de funcionamiento ................................................................................... 48 3.4 Diseño de la interfaz y generación del código para la adquisición de datos............. 49 3.4.1 Variables a estudiar ............................................................................................... 49 3.4.2 Caracterización ....................................................................................................... 50 3.4.3 Comunicación serial ............................................................................................... 52 3.4.4 Creación de la interfaz ........................................................................................... 54 3.4.5 Desarrollo del algoritmo ........................................................................................ 56 4. RESULTADOS Y ANÁLISIS .............................................................................................. 57 4.1 CÁLCULOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR ................................................... 57 4.2 CÁLCULOS DEL MODELO....................................................................................... 58 4.3 SIMULACIONES .......................................................................................................... 60 4.3.1 Flow Simulation® ................................................................................................... 60 4.3.2 Ansys Fluent® ......................................................................................................... 65 4.4 PRÁCTICAS EXPERIMENTALES ........................................................................... 70 4.4.1 Cobre ....................................................................................................................... 71 4.4.2 Aluminio .................................................................................................................. 75 4.5 TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA A ENERGÍA ELECTRÍCA 79 5. CONCLUSIONES ................................................................................................................. 81 6. TRABAJOS A FUTURO ..................................................................................................... 82 REFERENCIAS ........................................................................................................................... 83 Anexo 1: Cartas tecnológicas. ..................................................................................................... 85 Anexo 2: Planos. ........................................................................................................................... 95
dc.descriptionPregrado
dc.formatapplication/pdf
dc.formatapplication/pdf
dc.languagespa
dc.publisherIngeniería en Mecatrónica
dc.publisherIngeniería - Ingeniería en Mecatrónica
dc.publisherFacultad de Ingenieríad
dc.publisherUniversidad Militar Nueva Granada
dc.relationAlemán, José Arturo Rodríguez. 2015. “DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MOTOR STIRLING TIPO BETA ACOPLADO A UN CONCENTRADOR SOLAR PARABÓLICO CÓNCAVO.”
dc.relationÁlvarez Prieto, José Manuel. 2012. “Historia y Descripción.” 1–13. Anon. 2017. “Como Funciona Una Maquina de Vapor.” Retrieved (http://como-funciona.co/unamaquina- de-vapor/).
dc.relationCengel, Yunes A. and Boles A. Michael. 2012. Termodinamica. SÉPTIMA ED. edited by P. E. Roig Vázquez and A. L. Delgado Rodríguez. Mexico.
dc.relationChavez Acurio, Fabian Patricio and David Santiago Orquera Revelo. 2012. “MODELAMIENTO ENERGÉTICO Y MECÁNICO DE UN MOTOR STIRLING TIPO BETA PARA LA GENERACIÓN DE 70 We PARA EL DECEM-UGI.”
dc.relationCHOQUE, FABIO ZEGARRA. 2004. “‘ ESTUDIO , DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MOTOR STIRLING EXPERIMENTAL TIPO BETA (/ J )’ LIMA-PERÚ.”
dc.relationConcepción Sánchez, Sergio. 2010. “El Motor Stirling y Su Implantación En Buques Mercantes.” 137.
dc.relationCuaderno del ingeniero. 2016. “Los Motores Stirling.” Retrieved (https://cuadernodelingeniero.wordpress.com/2016/04/21/los-motores-stirling/).
dc.relationDr. Ing. Ernesto, Gustavo Maffia. 2013. “ESTRUCTURA Y PROPIEDADES Cobre y Sus Aleaciones.”
dc.relationDUALTRONICA. n.d. “TACOMETRO DIGITAL.” Retrieved (https://dualtronica.com/herramientas/372-tacometro-digital-uni-t-ut372-con-comunicacionusb. html).
dc.relationDuato, Ana. 2016. “Tipos de Motor Stirling.” Retrieved (https://www.seas.es/blog/diseno_mecanico/tipos-de-motor-stirling/%0D).
dc.relationFéniès, Gwyddyon, Fabien Formosa, Julien Ramousse, and Adrien Badel. 2015. “Double Acting Stirling Engine: Modeling, Experiments and Optimization.” Applied Energy 159:350–61.
dc.relationGarc, David. 2013. “Desarrollo de Motores Stirling Para Aplicaciones Solares.”
dc.relationGarcía Fernández, José. 2018. “El Teorema de Muestreo y Sus Aplicaciones.”
dc.relationHaeuser, A. 2010. “Solar Stirling Engine.” (August):2010.
dc.relationHolman, J. .. 1998. Transferencia de Calor. 8a Edicion. España: McGRAWHILL/ INTERAMERICANA DE.
dc.relationIpci, Duygu and Halit Karabulut. 2018. “Thermodynamic and Dynamic Analysis of an Alpha Type Stirling Engine and Numerical Treatment.” Energy Conversion and Management 169(December 2017):34–44.
dc.relationIPOWER. n.d. “Termopar Tipo K Modelo TP-01 Largo 3m Sensor De Temperatura TP01.” 2–4.
dc.relationLÓPEZ, MARIO SUÁREZ. 2015. “ANÁLISIS TERMODINÁMICO-MECÁNICO DE UN PROTOTIPO DE MOTOR STIRLING DE CONFIGURACIÓN GAMMA DE BAJA POTENCIA.”
dc.relationMAXIM. n.d. “MAX 6675.” Retrieved (http://html.alldatasheet.com/htmlpdf/ 73692/MAXIM/MAX6675/519/4/MAX6675.html).
dc.relationN.A. 2018. “SENSOR DE PRESIÓN INDUSTRIAL.” Retrieved (https://articulo.mercadolibre.com.co/MCO-490592651-sensor-de-presion-industrial-0-30-psigas- agua-_JM).
dc.relationNoriega, Pablo Utrilla. 2016. “Introducción Al Motor Stirling.” GMTS : Grupo de Máquinas y Motores Térmicos de Sevilla 6–9.
dc.relationRomero Cueto, Martín. 2018. “USO E IMPLEMENTACIÓN DE MOTORES STIRLING EN BUQUES.”
dc.relationSowale, Ayodeji, Athanasios J. Kolios, Beatriz Fidalgo, Tosin Somorin, Alison Parker, Leon Williams, Matt Collins, Ewan Mcadam, and Sean Tyrrel. 2018. “Thermodynamic Analysis of a Gamma Type Stirling Engine in an Energy Recovery System.” Energy Conversion and Management 165(April):528–40.
dc.relationTorres, Miguel, Elisa Carvajal Trujillo, V. Antonio, and S. David. 2018. “Thermodynamic Model for Performance Analysis of a Stirling Engine Prototype.”
dc.relationVarela Souto, Antía. 2014. “‘ ESTUDIO Y MODELIZACIÓN DE UN MOTOR STIRLING .’”
dc.relationVázquez cervantes, Jorge. 2006. “METODOLOGÍA PARA EL REDISEÑO DE MOTORES DE CICLO STIRLING.”
dc.relationVISTRONICA. n.d. “SENSOR LM35.” Retrieved (https://www.vistronica.com/sensores/temperatura/lm35-sensor-de-temperatura-detail.html).
dc.rightsDerechos Reservados - Universidad Militar Nueva Granada, 2019
dc.rightshttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/co/
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas
dc.subjectMOTORES DE COMBUSTION EXTERNA
dc.subjectMOTORES SOLARES
dc.subjectmotor stirling
dc.subjectconfiguración gamma
dc.subjectestudio termodinámico
dc.subjectstirling engine
dc.subjectgamma configuration
dc.subjectthermodynamic study
dc.titleConstrucción y evaluación operacional de un motor stirling a escala
dc.titleConstruction and operational evaluation of a scale stirling engine
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis
dc.typeTrabajo de grado
dc.typeText
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersion
dc.coverageCalle 100


Ficheros en el ítem

FicherosTamañoFormatoVer

No hay ficheros asociados a este ítem.

Este ítem aparece en la(s) siguiente(s) colección(ones)

Mostrar el registro sencillo del ítem