Diseño y construcción de un motor stirling para la generación de energía eléctrica

Abstract

El motor Stirling es una máquina térmica con bajos niveles de ruido y emisiones tóxicas. Este motor puede utilizar cualquier fuente de energía externa (combustibles sólidos, líquidos y gaseosos, energía nuclear, solar, fuentes geotermales, etc.), llegando a tener cero emisiones cuando utiliza la energía solar. En un futuro cercano, estos motores probablemente tendrán diferentes aplicaciones, llegando inclusive a reemplazar a los motores de combustión interna en algunas aplicaciones. En el primer capítulo de esta tesis, se hace una reseña histórica del motor Stirling y, también, se menciona la importancia de este motor hoy en día y sus perspectivas en el futuro. En el segundo capítulo, se explica el principio de funcionamiento de un motor Stirling con conceptos básicos de termodinámica. También se mencionan las diversas configuraciones de estos motores, y se explica el ciclo termodinámico de éste y la descripción de los componentes generales de un motor Stirling. En el tercer capítulo, se realiza el análisis termodinámico de Schmidt y el análisis térmico aplicado a un motor Stirling. Esto servirá de base para el cálculo de los parámetros termodinámicos para cualquier configuración de este motor. En el cuarto capítulo, se efectúa el análisis cinemático para un motor Stirling tipo beta, con mecanismo rómbico, esto se utiliza también junto con el análisis termodinámico de Schmidt y el análisis térmico para obtener los parámetros del motor. En el quinto capítulo, se habla sobre el diseño y construcción del motor Stirling tipo beta con mecanismo rómbico. Se menciona los detalles que se deben tener en cuenta para el diseño, y se describe la construcción de cada una de sus partes, también se mencionan los problemas que pueden surgir y las recomendaciones del caso. En el sexto capítulo, se exponen los resultados obtenidos de pruebas experimentales, así como también los pasos que se siguieron para realizar dichas pruebas. También se mencionan los instrumentos utilizados en dichas pruebas, y se realiza el análisis de los resultados. En el séptimo capítulo, se muestran las conclusiones de esta tesis, así como también las observaciones y recomendaciones. Adicionalmente, en los anexos se incluyen los cálculos de algunas partes del motor y los programas realizados para el cálculo de los parámetros termodinámicos del motor. La construcción del motor se realizó en el Laboratorio Nº 4 de la Facultad de Ingeniería Mecánica de La Universidad Nacional de Ingeniería, ubicado en el pabellón S. Para la construcción se emplearon materiales disponibles en el mercado y los procesos de manufactura rutinarios que se realizan en un taller medianamente equipado. Doy mi agradecimiento al Ing. Fabio Zegarra Ch. y al Ing. Reynaldo Palacios B. por su ayuda en la búsqueda de información y por su apoyo durante la construcción y pruebas del motor; al Lic. Willy Rojas y al Sr. Máximo Ponce por su apoyo e ideas durante la construcción del motor; y un agradecimiento especial al Dr. Juan Guillermo Lira Cacho por su confianza, asesoramiento, dedicación y paciencia desde el inicio de este trabajo y durante su desarrollo. Esta demás decir, que doy mi agradecimiento a todas las personas que de una u otra manera me ayudaron en el desarrollo de este trabajo. La finalidad de este trabajo es aportar, juntamente con el trabajo anterior realizado en la Facultad por el Ing. Fabio Zegarra, las bases para el diseño y construcción de un motor Stirling en el Perú (ya que la información disponible en el Perú sobre este tema es muy escasa), así como también, incentivar al alumnado a seguir investigando en este motor. Este motor puede ser de gran utilidad en zonas rurales que no cuenten con energía eléctrica, ya que sólo se necesitarían combustibles convencionales para el funcionamiento del motor. Con esto se lograría mejorar la productividad de sus actividades y mejorar la calidad de vida en dichas zonas, sin dañar al medio ambiente.