motor stirling

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

“DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN MOTOR STIRLING PARA
LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA”

TESIS
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECÁNICO

VÍCTOR RAÚL AGÜERO ZAMORA
PROMOCIÓN 2003-II
LIMA – PERU
2006

2

Con todo mi cariño, respeto y
admiración hacia mis padres:
Rosa y Rafael
Por ser un ejemplohacia mi
persona y por su apoyo
incondicional en todo momento.

3

INDICE
PRÓLOGO………………………………………………………………………………………..…...1
CAPITULO I. INTRODUCCIÓN…………………………………….............................................4
1.1 Planteamiento del tema………………………………………………………………..4
1.2 Importancia del tema…………………………………………………….....................5
1.3 Antecedentes y perspectivas deltrabajo……………………………………………..6
1.4 Limitaciones del trabajo……………………………………………………………….18

CAPITULO II. ESTUDIO Y DESCRIPCIÓN DEL MOTOR STIRLING……….......................19
2.1 Generalidades…………………………………………………………………………19
2.1.1 Principio de funcionamiento………………………………………………19
2.2 Descripción de los componentes de un motor Stirling…………………………….22
2.2.1 Zona caliente……………………………………………..........................22
2.2.2 Zonafría…………………………………………………..........................24
2.2.3 Regenerador………………………………………………………………..27
2.2.4 Pistón………………………………………………………………………..31
2.2.5 Desplazador……………………………………………………………..…32
2.2.6 Mecanismo de conversión de movimiento…………...………………....32
2.2.7 Volante.……………………………………………………………………..33
2.3 Tipos de configuración constructiva de los motores Stirling…..………………….34
2.3.1 Configuración alfa (Tipo )…………………………………………….....34
2.3.2 Configuración beta (Tipo)……………………………………………….34
2.3.3 Configuración gamma (Tipo )……………………………………………35
2.4 Estudio del ciclo termodinámico del motor Stirling…………..…………………….35
2.4.1 Ciclo termodinámico ideal del motor Stirling…..…………....................35
2.4.2 Ciclo real del motor Stirling………..……………………………………...39

4

2.5 Principales parámetros de diseño de un motor Stirling…………………………...40
2.5.1 Influencia de losparámetros sobre la potencia indicada……………...41
2.5.2 Eficiencia mecánica máxima de un motor Stirling……………………..43

CAPITULO III. CONSIDERACIONES TÉCNICAS PARA EL DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN
DE UN MOTOR STIRLING PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA………..46
3.1 Análisis termodinámico de Schmidt………………………………………………..46
3.1.1 Hipótesis de la teoría de Schmidt…………………..……………………46
3.1.2 Análisisisotérmico ideal…………………………………………………..47
3.1.3 Temperatura promedio en el regenerador………………………………48
3.2 Análisis térmico general de un motor Stirling………..………………………….....49
3.3 Selección del generador eléctrico…………………………………….....................51
3.4.1 Características del generador de imanes de ferrita…...…...................51
3.4.2 Características del generador de imanes de neodimio………………..52CAPITULO IV. DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS PARA EL DISEÑO DEL
MOTOR.........................................................................………..............................................55
4.1 Análisis cinemático del mecanismo…………………………………………………55
4.2 Diseño del mecanismo rómbico para la transformación de movimiento……......56
4.3 Análisis termodinámico aplicado alprototipo…...................................................58
4.3.1 Consideraciones para el cálculo…………………………………………58
4.3.2 Ecuaciones generales a utilizar……………………………………….....58
4.3.3 Cálculo.……………………………………………………………………..59
4.4 Análisis térmico aplicado al prototipo…………………………………………….....64
4.4.1 Análisis térmico en el foco caliente……………………….…………......65
4.4.2 Análisis térmico en el foco frío……………………………………………674.4.3 Cálculo térmico para el motor Stirling.……………………....................71

5

CAPITULO V. CONSTRUCCIÓN DEL MOTOR STIRLING...………………………………....74
5.1 Dimensionamiento del motor………………………………………….....................74
5.1.1 Dimensionamiento del mecanismo rómbico…………………………….75
5.1.2 Dimensionamiento del...