Optimización del rendimiento térmico del motor Stirling tipo Beta de 2 W rediseñando los componentes mecánicos

Abstract

El presente trabajo de investigación tiene por objetivo, el rediseño de un motor Stirling tipo beta, en base uno existente y mejorar la eficiencia térmica rediseñando los componentes mecánicos. Se realizó una recopilación de información sobre trabajos preliminares en este tema, también se planteó una forma de sellado y un nuevo quemador para la zona caliente. Se tomaron medidas de las dimensiones y peso de los componentes mecánicos del motor Stirling de referencia; y con parámetros de funcionamiento de velocidad de giro de 240 rpm y con una diferencia de temperatura de 240 K se hizo un estudio y análisis cinemático-dinámico, y con objeto de simular el comportamiento del sistema en condiciones cercanas al funcionamiento real con ayuda del software Matlab, se obtuvo la posición del cigüeñal donde las fuerzas en los pasadores son más elevadas, que nos permite evaluar y calcular el diámetro del eje del cigüeñal en la posición más crítica, Y del modelo isotérmico del ciclo Stirling mediante el análisis Schmidt, se obtuvo una eficiencia térmica de 17.8 %. A partir de los resultados obtenidos, y el que muestra claramente el punto de partida para el rediseño es el análisis termodinámico, donde se obtuvo una presión máxima alcanzada dentro del cilindro ligeramente mayor a la presión atmosférica, siendo esto un factor indiscutible para reducir el tamaño. Complementando al estudio del módulo rediseñado, se analizó cinemática y dinámicamente, se redujo la relación de volumen muerto total en un 24.31 % en comparación con el módulo de referencia, así mismo se aumentó la relación de compresión en 11.28 % en comparación con el módulo de referencia, estas mejoras gracias a las modificaciones geométricas de la longitud del vástago del desplazador y la profundidad del cilindro de trabajo. Y del modelo isotérmico del ciclo Stirling mediante el análisis Schmidt, del módulo rediseñado se obtuvo una eficiencia térmica de 19.3 %, lográndose mejorar la eficiencia térmica. Finalmente se dimensionó el volante de inercia y demás componentes hasta completar el estudio mecánico del motor rediseñado plasmado en los planos adjuntos en los anexos. Finalmente se resume las modificaciones y mejoras que conllevan estas y los resultados alcanzados.