Simulación de un motor Stirling mediante modelos de primer ordenReportar como inadecuado




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Advisors: Prieto García, Jesús IgnacioAcosta Iborra, Antonio

Department-Institute: Universidad Carlos III de Madrid. Departamento de Ingeniería Térmica y de Fluidos

Degree: Ingeniería Técnica en Mecánica

Issued date: 2013

Defense date: 2013-07-25

Keywords: Motores térmicos , Motores Stirling , Termodinámica

Rights: Atribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España

Abstract:Este proyecto consiste en el estudio del motor Stirling tipo alfa y diferentes modelos termodinámicos de primer orden. Los modelos de primer orden permiten un cálculo sencillo y orientan sobre las dimensiones iniciales para realizar un diseño preliminar. Los mEste proyecto consiste en el estudio del motor Stirling tipo alfa y diferentes modelos termodinámicos de primer orden. Los modelos de primer orden permiten un cálculo sencillo y orientan sobre las dimensiones iniciales para realizar un diseño preliminar. Los modelos de primer orden suponen la conservación de la masa, mientras que los modelos de segundo orden suponen además la conservación de energía. Los modelos de tercer orden aparte de la conservación de la masa y energía contemplan también la conservación del momento lineal. Para ello se necesita tener una visión global de lo que ha sido, y es, el motor en sí. Primero se describe una breve historia sobre el motor Stirling y cómo ha ido cambiando su modelización. Se parte de la explicación de modelos de primer orden cómo el modelo teórico, pasando por el ciclo de Schmidt, el modelo isotérmico, el modelo adiabático hasta esbozar modelos más complejos. Después se realiza una clasificación de los diferentes tipos de motores con el fin de ver dónde, a diferencia de otros, se encuadra el motor Stirling tipo alfa. Se estudiarán las relaciones mecánico-térmicas del motor a través de conceptos matemáticos que permitirán conocer el trabajo en el eje por ciclo. El motor se divide conceptualmente en dos partes, la parte mecánica, que sería el acoplamiento mecánico, y la parte termodinámica, que sería el circuito de fluido de trabajo. A través de los trabajos de Schmidt por una parte, que supone una variación armónica de los volúmenes del circuito de fluido trabajo; y de Senft por otra parte, que establece las relaciones entre las presiones del circuito del fluido de trabajo y las fuerzas en el mecanismo, podemos conocer el trabajo en el eje por ciclo mediante la presión del fluido de trabajo.Se crean tres modelos termodinámicos de primer orden:El modelo 1 supone un movimiento no armónico del mecanismo biela manivela y un volumen tronco cónico descrito por el desplazamiento del pistón. Además se incluirán varias relaciones a lo largo de un ciclo termodinámico propuestas por J.R.Senft en dicho modelo.El modelo 2 parte de las mismas suposiciones que el modelo 1 y se amplían las relaciones propuestas por Senft para un ciclo termodinámico a estas mismas por grado de cigüeñal. Este modelo presenta resultados diferentes al modelo 1, los cuales se estudiarán en el texto.El modelo 3 reúne las suposiciones del modelo 2 y añade una estimación de la potencia en el eje del motor.Se creará un motor teórico mediante una simulación que presume un mecanismo de biela manivela, que ayuda a estimar la potencia máxima al freno y la masa del volante de inercia.Se realizará un pre-dimensionado del motor, estimando la potencia máxima al freno. A raíz de los resultados obtenidos se efectuará un estudio del trabajo en eje proporcionado por el motor y se analizará la sensibilidad de los resultados frente a la longitud de la biela y la masa del fluido de trabajo.Por tanto, conocer matemáticamente el comportamiento de un motor Stirling, permite cambiar las magnitudes de los parámetros sobre papel para variar los resultados, sin necesidad de la construcción física de varios motores.Este es un proyecto realizado en la Universidad Carlos III sobre simulación del Motor Stirling tipo alfa. Por tanto, ha sido conveniente trabajar en colaboración con un profesor especializado en el tema. Por esto el proyecto está dirigido por Jesús Ignacio Prieto García de la Universidad de Oviedo y tutelado por Antonio Acosta Iborra de la Universidad Carlos III.+-





Autor: Pacual Toledano, Juan Ignacio

Fuente: http://e-archivo.uc3m.es


Introducción



Universidad Carlos III de Madrid Repositorio institucional e-Archivo http:--e-archivo.uc3m.es Trabajos académicos Proyectos Fin de Carrera 2013 Simulación de un motor Stirling mediante modelos de primer orden Pacual Toledano, Juan Ignacio http:--hdl.handle.net-10016-18099 Descargado de e-Archivo, repositorio institucional de la Universidad Carlos III de Madrid 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 y Berchowitz.
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...





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