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LABORATORIO DE TECNOLOGAS LIMPIAS
PROFESOR JAIME EDDY USSA GARZN
Cdigo: FMVI050126
GUA DE LABORATORIO
MOTOR STIRLING
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Asignatura: ________________________ Docente:
_________________________ Integrantes: _______________________
_______________________ _______________________
_______________________ Grupo: _____________ Fecha:
__________________
1. OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
Demostrar la conversin directa de energa trmica en energa
mecnica en un ciclo Stirling.
2. APLICACIN DE LA INGENIERA AMBIENTAL
En qu proceso productivo puede ser suficiente una fuente de
energa con el ciclo Stirling?
___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
El motor Stirling puede ser considerado una tecnologa apropiada?
Justifique su respuesta
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Qu combinaciones de energas renovables pueden implementarse para
potencializar el motor Stirling?
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Qu ventajas y desventajas presenta el motor Stirling en
comparacin con el motor convencional de vapor?
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3. CONOCIMIENTOS FUNDAMENTALES
2.1 Historia Descubrimiento: El ciclo de Stirling fue
desarrollado por un Ministro de la Iglesia de escocia, Robert
Stirling. En 1816 solicit una patente sobre el motor. El
dispositivo estaba en la forma de
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un motor de viga invertida. Su motor presentaba el ciclo cerrado
de aire de los motores de hoy en da y se bas en el calentamiento y
enfriamiento del gas por una fuente de calor externa. En los das de
Stirling la fuente de calor externa era la quema de carbn. Motores
de tipo Stirling fueron producidos en grandes cantidades en la
dcada de 1860 para el uso donde se requiere una fuente confiable de
baja potencia. Los motores originales se hicieron obsoletos por la
mquina de vapor ms eficiente y slo vio un resurgimiento del inters
en la dcada de 1950 que no ganaron ritmo hasta la dcada de 1970
despus de la crisis mundial del petrleo.[1]
2.2 Conceptos generales: Para investigar (Concepto y como se
determina) Eficiencia trmica:
_____________________________________________________________
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Torque:
_____________________________________________________________
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Potencia de eje:
_____________________________________________________________
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Voltaje:
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Ciclo cerrado:
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Ciclo abierto:
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4. MATERIALES
Motor de Ciclo Stirling
Figura 1. Motor de Ciclo Stirling con la consola y la Unidad de
Servicio de Transferencia de Calor H112R
Figura 2. Detalle del Motor de Ciclo Stirling
Figura 3. Consola vista trasera
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Partes del equipo:
1. Motor de ciclo Stirling 14. Potencia del cigeal 2. Pantalla
de celda de carga 15. Drenaje del agua de refrigeracin 3. Tacmetro
16. Termopar lado frio 4. Pantalla del elemento trmico 17. Sensor
del tacmetro 5. Alimentacin elctrica del H112R 18. Enchufe del
termocople del elemento trmico 6. Caja del elemento trmico 19.
Enchufe elemento trmico 7. Cilindro del elemento trmico 20. Cable
de alimentacin de la consola 8. Entrada de agua de refrigeracin 21.
Enchufe elemento trmico desde (5) 9. Volante 22. Conexin tacmetro
10. Cinturn de freno 23. Conexin celda de carga 11. Cilindro de
potencia 12. Ajustador de carga 13. Cigeal
5. APLICACIN DEL CONOCIMIENTO
5.1 DEMOSTRACIN DE UNA CONVERSIN DIRECTA DE ENERGA TRMICA EN
ENERGA EJE CON UN CICLO STIRLING
1. Conecte el cable de la consola de alimentacin (20) de la
consola H112R a la parte trasera de la consola H112.
2. Conecte el cable de alimentacin (5) a la toma de corriente
controlada en el panel frontal de la unidad H112 como se muestra en
la figura 2.
3. Conectar el suministro de agua mediante la manguera que
provee la entrada de agua de enfriamiento (8) y el drenaje (15) se
debe dirigir a un desage adecuado.
4. Encienda el interruptor principal de la unidad de servicio
H112 y gire el control del calentador H112 sobre cero.
5. Asegrese que el agua de enfriamiento fluya a travs de las
conexiones (8 y 15) como se detalla en el punto 3.
6. Gire el control de potencia del calentador en la unidad de
servicio H112 lentamente en sentido horario hasta que una corriente
de aproximadamente 0.500 amperios se muestre en el ampermetro del
H112.
7. Observe la temperatura TH del calentador en la pantalla (4),
cuando se acerque a los 350 C aumente o reduzca la entrada de
energa para mantener la temperatura TH en el rango de 350-380
C.
8. Asegrese que el ajuste de carga (12) est establecido de
manera que el freno de correa se encuentre flojo.
9. Gire el volante en sentido horario de tal manera que el motor
gire lentamente hasta alcanzar una velocidad estable.
10. Aumentar ligeramente la potencia del calentador de manera
que la temperatura del calentador TH aumente ligeramente y observar
la velocidad de rotacin del motor, esto debe aumentar lentamente
con TH.
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11. Tenga en cuenta que el calentador tiene un lmite mximo de
temperatura de 600C y cuando la pantalla indique que se ha
alcanzado esta temperatura, habr un clic audible en la pantalla. En
este momento la corriente que se muestra en el medidor digital se
reducir a 0000 ya que la alimentacin est desconectada. La potencia
se vuelve a conectar automticamente a medida que la temperatura cae
por debajo de 599C.
12. Registrar los datos obtenidos en la siguiente tabla:
Tabla 1. Datos registrados para el experimento 5.1
Temperatura Caliente TH
(C)
Temperatura fra TC
(C)
Velocidad de rotacin
(rpm)
Fuerza (N)
Corriente (Amperios)
Voltaje (Voltios)
Torque (Nm)
Trabajo (Vatios)
13. Una vez que se termine la investigacin, apague el calentador
y deje que el motor se detenga hasta
pararse totalmente, apagar el agua de enfriamiento y la unidad
de servicio H112. 5.2 INVESTIGACIN DE LA ACTUACIN DEL CICLO
STIRLING BAJO CARGA El mdulo H112R ha sido instalado y puesto en
marcha tal como se detalla en el procedimiento 5.1 en los puntos 1,
2 y 3.
1. Encienda el interruptor principal de la unidad de servicio
H112 y gire el control del calentador sobre cero. Asegrese que el
agua de enfriamiento fluya a travs de las conexiones de agua (8 y
15).
2. Poner en cero la pantalla de la celda de carga. Para llevar a
cabo la funcin de auto cero, asegurar que la cinta no est bajo
tensin y despus, pulse cualquiera de las teclas exteriores en el
indicador de carga del freno. En la pantalla aparecer la palabra
ZERO. Pulse el mismo botn durante 5 segundos y la pantalla indicar
00,00. la pantalla est ahora preparada para cualquier error de la
celda de carga.
3. Gire lentamente el control de potencia del calentador en la
unidad de servicio H112 en sentido
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horario hasta una corriente de aproximadamente 1.3-1.4 amperios
se muestre en el ampermetro de esta unidad.
4. Controlar la temperatura del elemento trmico TH en la
pantalla de visualizacin de temperatura (4), a medida que se acerca
a 500C aumentar o reducir la entrada de energa para mantener la
temperatura TH en el rango de 450-550C.
5. Ahora garantizar que el ajuste de carga (12) est puesto de
manera que el freno se encuentre flojo. Girar el volante en sentido
horario y el motor deber arrancar. Permita que la velocidad se
estabilice y luego grabar la temperatura TH del calentador, la
temperatura del lado frio TC, la velocidad de rotacin N, la celda
de carga F, la corriente del elemento trmico I y el voltaje del
calentador V.
6. Ajuste la carga (12) de modo que la carga indicada aumente
ligeramente. Supervisar la temperatura del calentador TH y ajustar
el control de calefaccin para llevar la temperatura de nuevo a su
configuracin original, o tan cerca como sea posible. Una vez que el
sistema ha alcanzado una condicin estable, de nuevo registrar los
parmetros como antes.
7. Lentamente repita el proceso, aumentando la carga hasta que
el motor se detenga por completo, tomando nota de los parmetros en
cada carga.
Tabla 2. Datos registrados para el experimento 5.2
Temperatura Caliente TH
(C)
Temperatura fra TC
(C)
Velocidad de rotacin
(rpm)
Fuerza (N)
Corriente (Amperios)
Voltaje (Voltios)
Torque (Nm)
Trabajo (Vatios)
5.3 INVESTIGACIN DE LOS PARMETROS QUE AFECTAN EL CICLO DE
DESEMPEO Y EL CICLO DE EFICIENCIA El mdulo H112R ha sido instalado
y puesto en marcha tal como se detalla en el procedimiento 5.1 en
los puntos 1, 2 y 3.
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1. Encienda el interruptor principal de la unidad de servicio
H112 y gire el control del calentador sobre cero. Asegrese que el
agua de enfriamiento fluya a travs de las conexiones de agua (8 y
15).
2. Poner en cero la pantalla de la celda de carga. Para llevar a
cabo la funcin de auto cero, asegurar que la cinta no est bajo
tensin y despus, pulse cualquiera de las teclas exteriores en el
indicador de carga del freno. En la pantalla aparecer la palabra
ZERO. Pulse el mismo botn durante 5 segundos y la pantalla indicar
00,00. la pantalla est ahora preparada para cualquier error de la
celda de carga.
3. Gire lentamente el control de potencia del calentador en la
unidad de servicio H112 en sentido horario hasta una corriente de
aproximadamente 1.3-1.4 amperios se muestre en el ampermetro de
esta unidad.
4. Controlar la temperatura del elemento trmico TH en la
pantalla de visualizacin de temperatura (4), a medida que se acerca
a 500C aumentar o reducir la entrada de energa para mantener la
temperatura TH en el rango de 450-550C.
5. Ahora garantizar que el ajuste de carga (12) est puesto de
manera que el freno se encuentre flojo. Girar el volante en sentido
horario y el motor deber arrancar. Permita que la velocidad se
estabilice y luego grabar la temperatura TH del calentador, la
temperatura del lado frio TC, la velocidad de rotacin N, la celda
de carga F, la corriente del elemento trmico I y el voltaje del
calentador V.
6. Ajuste la carga (12) de modo que la carga indicada aumente
ligeramente. Supervisar la temperatura del calentador TH y ajustar
el control de calefaccin para llevar la temperatura de nuevo a su
configuracin original, o tan cerca como sea posible. Una vez que el
sistema ha alcanzado una condicin estable, de nuevo registrar los
parmetros como antes.
7. Lentamente repita el proceso, aumentando la carga hasta que
el motor se detenga por completo, tomando nota de los parmetros en
cada carga.
Tabla 3. Datos registrados para el experimento 5.3
Temperatura Caliente TH
(C)
Temperatura fra TC
(C)
Velocidad de rotacin
(rpm)
Fuerza (N)
Corriente (Amperios)
Voltaje (Voltios)
Torque (Nm)
Trabajo (Vatios)
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6. INTEGRACIN DEL CONOCIMIENTO
Datos de inters
Para determinar el torque tenga en cuenta la siguiente frmula: =
Fr
Dnde: F es la fuerza y r es el radio del cinturn de freno de
rueda que equivale a 20 mm.
La potencia en el eje W puede calcularse a partir de: W =
Dnde: es el torque y N es la velocidad de rotacin.
La entrada de calor al calentador puede determinarse a partir
de:
Dnde: V es el voltaje y I es la corriente.
La eficiencia trmica real puede obtenerse a partir de:
7. CONCLUSIONES
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8. BIBLIOGRAFA
[1] P.A. HILTON LTD. Manual Experimental de Funcionamiento y de
Mantenimiento. Motor de Ciclo Stirling H112R.
9. EVALUACIN
Criterios Nota