informe de lab de termo

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ANEXO Nº 1

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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA METROPOLITANA
Facultad de Ingeniería
Departamento de Mecánica
Ingeniería en Mecánica

Experiencia Nº1: “DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD TÉRMICA DEL
MECHERO Y CÁLCULO

DEL RENDIMIENTO DEL

MOTOR STIRLING CON EL MEDIDOR DE MOMENTO
DE GIRO”
i.

Objetivos:
•

Observar detalladamente el funcionamiento de un motor de aire
caliente (cicloStirling).

•

Determinar la capacidad térmica del mechero.

•

Interpretar cuantitativamente el diagrama p-V del ciclo.

• Graficar las energías en función de la velocidad de giro.
•
ii.

Calcular el rendimiento.

Materiales:
•

Motor Stirling transparente.

•

Medidor de momento de giro.

•

Conjunto chimenea y mechero.

•

Medidor pVnT.

•

Unidad sensor pVn.•

Osciloscopio.

•

Termopares.

•

Probeta graduada.

•

Alcohol de quemar.

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•
•

Jeringa para gas 20 ml.

•
iii.

Cables BNC.

Cronómetro.

Fundamento teórico:

Una meta importante de la ingeniería es la de desarrollar dispositivos que
permitan convertir el calor en trabajo. Mientras que la conversión del trabajo en calor
se puede conseguir con unrendimiento del 100 %, la conversión de calor en trabajo
viene limitada por el segundo principio de la Termodinámica: “No es posible un
proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y la
conversión íntegra de este calor en trabajo, sin producir ningún otro efecto”
(enunciado de Kelvin-Planck).
En general, un motor térmico (Fig.1) es un dispositivo mediante el cual unsistema realiza un ciclo en el que absorbe calor de un foco de temperatura alta, cede
una cantidad de calor a un foco de temperatura inferior realizando un trabajo sobre el
exterior.

Fig.1 Esquema de un motor térmico.

En 1816, Stirling diseñó un motor de aire caliente que podía convertir en trabajo
parte de la energía liberada al quemar combustible. Tenía la ventaja de trabajar a másbajas presiones y ofrecer, por lo tanto, un menor riesgo de explosión que la máquina

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de vapor. Posteriormente, el motor Stirling fue abandonado al desarrollarse el motor
de combustión interna.
En la actualidad, el motor Stirling está en una nueva fase de desarrollo debido a
sus muchas ventajas. Por ejemplo: constituye un sistema cerrado, trabaja muy
suavemente y puede funcionar condiferentes combustibles, lo cual permite investigar
también los aspectos ambientales en nuestra sociedad.
El motor Stirling permite estudiar el principio de las máquinas térmicas, ya que el
proceso de conversión de la energía térmica en energía mecánica es particularmente
más claro y relativamente fácil de entender.
Los émbolos de trabajo y de desplazamiento del motor Stirling del laboratorio semuestran en la figura 2, donde éstos van montados en V formando 90º. El émbolo de
trabajo (A) es de metal y va encajado con precisión en el tubo de vidrio. El émbolo de
desplazamiento (V) de vidrio se encarga al mismo tiempo de la función de
regenerador tan importante para el funcionamiento de un motor Stirling: enfría el gas
caliente que circula, almacena su energía y la transfiere de nuevoal gas frío de
retorno.

Fig. 2: Principio de funcionamiento del motor Stirling

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El motor Stirling ideal es un motor térmico cuya sustancia de trabajo es aire
caliente (al que consideramos gas perfecto) y sigue los siguientes procesos:
Proceso I: Expansión isotérmica a la temperatura TC del foco caliente, del cual se
absorbe la cantidad de calor QC.

Proceso II: enfriamientoisócoro desde TC a TF. En este proceso, el regenerador
absorbe del aire el calor QR.

Proceso III: Compresión isotérmica a la temperatura TF del foco frío, al cual se cede
la cantidad de calor QF.

Proceso IV: Calentamiento isócoro desde TF a TC. Para ello, el regenerador absorbe la
misma cantidad de calor QR que absorbió en el proceso II.

Sin embargo, un ciclo Stirling real, difiere mucho...