Perfil Final
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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