Proye Fisika II

8/17/2019 Proye Fisika II

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UNIVERSIDAD


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UNIVERSIDAD JOSE CARLOS MARIATEGUI PROYECTO DE INVESTIGACIONFACULTAD DE INGENIERIAS

JOSE CARLOS MARIATEGUI

INTRODUCCION

El presente trabajo fue basado en el tema de termodinámica; nuestro proyecto

consiste en construir un MOTOR STRILING de madera del cual nosotros nos

daremos cuenta de las controversias que tiene nuestro proyecto

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIRIA CIVILCURSO DE FISICA II

AUTORES:

• FLORES FLORES FIORELI

• RIOS COLQUE JOSELIN

• ZAPATA AGUILAR

GUISELA


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1. PLANTEANMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. OBJETIVOS

1. Dar a conocer un mecanismo que permita generar energía a partir del calor.

2. Proponer un proyecto el cual puede ser til para la vida cotidiana

!. "ostrar la reutili#aci$n del material reciclable para crear un mecanismo el cual

genere energía

%. &a elaboraci$n del motor 'tirling es (ec(o con el fin de obtener en lo posible) el

rendimiento má*imo de una máquina a dos fuentes) que es el rendimiento de +arnot.

Para esto) un cruce a diferentes niveles , recuperador de calor recupera las p-rdidas

de calores) y las restituye en el momento de las p-rdidas de frío) de modo que el ciclo

sea equivalente a dos isotermos y dos adiaba tiques.

. /uestro objetivo es demostrar e*perimentalmente la relaci$n entre la diferencia

de temperaturas entre los focos de la máquina t-rmica y la potencia desarrollada) es

decir) su velocidad.



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2. HISTORIA

"00 '3&3/4

En 1516 el reverendo Escoc-s obert 'tirling patent$ un motor que

funcionaba con aire caliente.

&a patente de este motor era el glamoroso final de una serie de intentos

de simplificar las máquinas a vapor.

'tirling consideraba demasiado complicado calentar agua en una caldera)

producir vapor) e*pansionarlo en un motor) condensarlo y mediante una bomba

introducir de nuevo el agua en la caldera. 0tro impulso para desarrollar un

nuevo sistema fueron los accidentes fatales causados frecuentemente por las

máquinas a vapor) ya que an no se (abía inventado el acero y las calderas

e*plotaban con facilidad.

El motor de 'tirling reali#aba los mismos procesos de calentamiento y

enfriamiento de un gas) pero todo dentro del motor y el gas era aire en ve# de

vapor de agua) por lo que el motor no necesitaba caldera. 7n tipo de motor

bastante comn en su -poca) sobre todo para peque8as maquinas de uso

domestico tales como ventiladores) bombas de agua etc..) su potencia

especifica no era muy elevada pero su sencille# y silencio eran magníficos.

&a teoría física) el proceso +arnot) fue definido %9 a8os mas tarde:

El principio del funcionamiento es tan solo el calentar y enfriar un medio de

trabajo) sea aire) (elio) (idr$geno o incluso un líquido.

+alentando ese medio provoca una e*pansi$n del mismo dentro del motor.

El medio de despla#a a otra parte del motor d$nde es enfriado.

l enfriar el medio) el volumen se reduce de nuevo.



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Ese cambio de volmenes activa un pist$n de trabajo el cual ejerce el trabajo

del motor.

El motor es (erm-tico por lo que siempre se utili#a el mismo medio en un

circuito cerrado olanda.

&a segunda guerra mundial puso fin a una serie de nuevos desarrollos y solo

(ace 2 a8os volvieron a iniciar nuevas iniciativas y desarrollos. >oy en día se

utili#a motores 'tirling para generar calor) para impulsar submarinos y

apro*imadamente como motores en autom$viles (íbridos.

3. MATERIALES

a. 7n globo

b. 7n tubo de ensayo.

c. 7na vela

d. "anguera de suero o ca8ita

e. % o +anicas de acero


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i. +orc(o

j. 7n par de largos tornillos


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e. l corc(o de goma (a#le un agujero) sobre su eje) por el que

puedas pasar el trocito de tubo metálico.

f. 7ne el alambre al tubo de ensayo) para que este se pueda mover

verticalmente.

g. +orta un tro#o de 2 pulg. por 1 cm de trupán. y (a#le un agujero

para que pase la jeringa.

(. tornilla en los ?sacados? que (iciste en la base los dos palitos de

trupán de 1 cm de largo.



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i. Ponle unas bolitas de rodamiento al tubo de ensayo y cierralo

con el corc(o) luego) al tubo de metal que sale por el interior del

corc(o) nele la ca8ita que deberás unir al globo


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5.-APLICACIONES Y USO DEL MOTOR STIRLING

Hoy en día lo !o"o#e S"$l$n% on a&l$'ado &a#a #eal$(a# )a#$a "a#ea*

Al%+no e,e!&lo on-

✓ Plan"a de ene#%ía ola#

✓ Mo"o#e &a#a a+"o!.)$le

✓ Mo"o#e &a#a +/!a#$no

✓ 0o!/a de 'alo#

✓ Ma1+$na 2#$%o#í3'a

✓

Co#a(one a#"$3'$ale

a) INDUSTRIAS DEL AUTOMOVILISMO:

7na de las mayores dificultades para utili#ar motores 'tirling en ve(ículos

no (íbridos es que resulta muy difícil construir uno de estos motores logre

partir instantáneamente. +uando uno se sube a su auto) le gusta que parta a la



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primera y pueda salir inmediatamente) cosa que los motores 'tirling no pueden

(acer. pesar de estas limitaciones) Aord) 4") y merican "otors +orp.


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El gigante estadounidense 4"


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'in embargo) en la siguiente fase del desarrollo de este proyecto ya no se

recurri$ a un motor 'tirling) sino a uno de gasolina dotado de avan#ada

tecnología anticontaminante.

b) SISTEMAS DE COGENERACION CON MOTOR STIRLING

Esta tecnología no está an completamente desarrollada y no tiene amplio

espectro de aplicaci$n) sin embargo (ay un inter-s creciente debido a ciertas

ventajasH

M Perspectivas de altos rendimientos

M Nuenas performances a cargas parciales

M Ale*ibilidad de combustibles

M Najo nivel de vibraciones y ruidos M Najo nivel de emisiones

Oui#ás esta tecnología no sea ampliamente conocida) en consecuencia es til

presentar los principios básicos de funcionamiento.



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c) DESARROLLO EN LA TECNOLOGIA DEL MOTOR STIRLING:

3nicialmente) la investigaci$n y desarrollo apunt$ a los motores de

autom$vil de potencias entre ! y 199 I. Entonces) el esfuer#o se reorient$

(acia motores de 1 a 1) "I con una vida til esperada de 29 a8os. Dado que la

tecnología se encuentra an en fase de desarrollo) no (ay datos estadísticos de

confiabilidad y disponibilidad) pero se espera que sea comparable a la de los

motores Diesel. El gas de trabajo opera en paso cerrado y no participa en la

combusti$n. sí) las partes en movimiento del motor no están e*puestas a los

productos de la combusti$n) como resultado) el desgaste producido es

comparado con un motor de combusti$n interna. 'in embargo son necesarios

sellados especiales para evitar p-rdidas de gas de trabajo a alta presi$n y su

p-rdida al medio ambiente) así como del lubricante que pasa del cige8al al lado

interior del cilindro. 7na de las dificultades t-cnicas encontradas (asta a(ora

es la construcci$n de sellos efectivos de larga vida.

El motor de pist$n libre mencionado más arriba (a evolucionado como una

soluci$n a los problemas de sellado. El pist$n libre con un alternador lineal

adosado puede ser sellado (erm-ticamente de modo de contener el gas de

trabajo durante e*tensos períodos) y el gas de trabajo mismo sirve de

lubricante. El pist$n reali#a una oscilaci$n arm$nica) que produce la compresi$n

y e*pansi$n del gas) mientras que un despla#ador sirve para mover el gas entrelos intercambiadores frío y caliente. En la actualidad) la potencia de estos

motores está restringida a unas decenas de I. 'u característica es la buena

adaptaci$n a aplicaciones de micro cogeneraci$n.



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d) PERFORMANCE DE SISTEMAS DE COGENERACION CON MOTOR

STIRLING:

El ciclo 'tirling tiene la capacidad de tener más altas eficiencias que la de

los ciclos anKing y Joule) debido a que se apro*ima más al ciclo de +arnot.

>abitualmente) el rendimiento el-ctrico es del orden del %9 y se espera un

incremento al nivel del 9 . En particular) los motores de pist$n libre para

micro cogeneraci$n tienen rendimientos el-ctricos del !9 al !. &a eficiencia

total de sistemas de cogeneraci$n con motores 'tirling está en el rango del 6

al 5 y la relaci$n 'K es de 1)2 a 1)B.

decuadamente dise8ados) los motores 'tirling tienen dos carreras de

potencia por revoluci$n) en suma) la combusti$n es continua. Esta

característica lo (ace de marc(a muy suave) con niveles de vibraci$n menores

que los del motor de combusti$n interna. &a combusti$n continua produce

menores niveles de ruido y emisiones

.!PRINCIPALES VENTAJAS " DESVENTAJAS:

GentajasH

✓ El aporte de calor es e*terno) por lo que las condiciones de combusti$n

son fle*ibles.

✓ Aunciona con cualquier fuente de calor) no solo por combusti$n) por lo que

se puede utili#ar fuentes de calor como solar) geot-rmica) nucleares)

biol$gicas) etc.



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✓ 'e puede usar un proceso de combusti$n continua) por lo cual se pueden

reducir la mayor parte de las emisiones


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✓ 'e pueden usar para bombear agua) pudiendo dise8arse para utili#ar el

agua como refrigerante del foco frío)


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✓ 7n motor 'tirling no puede arrancar instantáneamente) tiene que primero

TcalentarseU. Esto es cierto para todos los motores de combusti$n e*terna)

pero menor que otros como la maquina de vapor. 'u mejor uso es en motores

que requieran una velocidad constante.

✓ El trabajo reali#ado por un motor 'tirling tiende a ser constante y para

ajustarlo se requiere un dise8o cuidadoso y mecanismos adicionales.

4eneralmente se (ace variando el despla#amiento del motor o la cantidad de

fluido de trabajo. Esta característica es menos crítica en el caso de motores

de propulsi$n (íbrida el-ctrica o en la producci$n de electricidad de base de

carga) donde esa producci$n constante es deseable.

✓ El >idrogeno por su baja viscosidad) alto calor especifico y conductividad

t-rmica es el fluido de trabajo por e*celencia en t-rminos de termodinámica y

dinámica de fluidos. 'in embargo presenta problemas de confinamiento y

difusi$n a trav-s de los metales. RQS. Por ello se usa generalmente >elio conpropiedades muy semejantes) que además es inerte) y no inflamable como el

>idrogeno. El aire comprimido presenta riesgo de e*plosi$n por la presencia de

0*igeno) por lo que la alternativa es eliminarlo por combusti$n o utili#ar

/itr$geno.



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#.!CONCLUSIONES

al y como muestran los datos e*perimentales) la diferencia de temperaturas

es el factor fundamental en la velocidad del motor. más diferencia de

temperaturas) mayor es el áera del ciclo termodinámico en la gráfica P,G y por

lo tanto mayor es el trabajo desarrollado) trabajo que se invierte en aumentar

la energía cin-tica del motor) esto es) su velocidad.

+omo puede comprobarse en la gráfica) (emos detectado e*perimentalmente

la diferencia de temperaturas ?umbral? a partir de la cual el motor comien#a a



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moverse. +onforme la diferencia de temperaturas entre focos va aumentando)

la velocidad del motor aumenta lentamente.


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