simulacion de motor stirlin

SIMULACIÓN DE UN MOTOR STIRLING
MEDIANTE MODELOS DE PRIMER ORDEN
PROYECTO FIN DE CARRERA DE INGENIERÍA TÉCNICA MECÁNICA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA TÉRMICA Y DE FLUIDOS

Autor: Juan Ignacio Pascual Toledano
Director: Jesús Ignacio Prieto García
Tutor: Antonio Acosta Iborra

Muchas gracias a todos
y en especial a ti…

1

ÍNDICE

1

RESUMEN DEL PROYECTO............................................................................ 4

2

MOTIVACIONES................................................................................................... 6

3

FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE ...................................................... 8

3.1

Introducción ...................................................................................................... 8

3.2

Termodinámica............................................................................................... 10

3.2.1

Modelo teórico ............................................................................................. 10

3.2.2

Teoría de Schmidt ...................................................................................... 13

3.2.3

Modelo ideal isotérmico de Urieli yBerchowitz................................ 14

3.2.4

Modelo adiabático. ..................................................................................... 15

3.2.5

Ciclo Stirling ................................................................................................ 17

3.3

Clasificación de los motores ....................................................................... 21

3.3.1

Escenario de operación............................................................................ 22

3.3.2

Modo de acoplamiento de los cilindros ............................................... 23

3.3.3

Modo de acoplamiento de los pistones ............................................... 25

4

CONSIDERACIONES GENERALES DE DISEÑO .................................... 29

4.1

Trabajo en el eje............................................................................................. 29

4.2

Eficiencia del mecanismo ............................................................................ 30

4.3

Rendimiento mecánico ................................................................................. 31

4.4

Presión media del ciclo y presión atmosférica ..................................... 33

5

DIMENSIONADODEL MOTOR ..................................................................... 35

5.1

Potencia máxima al freno y potencia indicada .................................... 35

5.2

Simulación cuasi-estática ........................................................................... 39

5.3

Balance de energía ........................................................................................42

5.4

Cálculo del Volante de inercia ................................................................... 43

6

RESULTADOS ..................................................................................................... 49

6.1

Resumen de Resultados .............................................................................. 49

6.1.1

Modelo 1: Sin pérdidas térmicas y conE=cte................................... 49

6.1.2

Modelo 2: Con eficiencia del mecanismo variable ........................... 53

6.1.3 Modelo 3: Con eficiencia del mecanismo variable y pérdidas en el
circuito del aire .......................................................................................................... 56
6.2

Presupuesto..................................................................................................... 58

6.3

Crítica a los resultados ................................................................................ 59

6.4

Conclusiones ................................................................................................... 61
2

6.5

Líneas futuras de trabajo ............................................................................ 62...