Modelación de un Motor Stirling tipo Gama para bajas entalpías
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J. Ignacio Sánchez L UdC Chile

J. Ignacio Sánchez L UdC Chile

XVII Simposio Peruano de Energía Solar - IV ISES-CLA
Blog Soluciones solares (solucionessolares.blogspot.com)

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Modelación de un Motor Stirling tipo Gama para bajas entalpías Presentation Transcript

  • 1. Modelación de un Motor Stirling tipo Gama para bajas entalpías
    IV Conferencia Latinoamericana de Energía Solar
    XVII Simposio Peruano de Energía Solar
    J. Ignacio Sánchez L
    Ing. Roberto Román L.
    Dr. Ramón Frederick G.
    Universidad de Chile, Departamento de Ingeniería Mecánica
  • 2. IV ISES-CLA XVII SPES
    Características
    Uso de distintas Fuentes de calor.
    Flexibilidad en gradientes térmicos.
    Bajo nivel de ruido.
  • 3. IV ISES-CLA XVII SPES
    Características
    Sistema cerrado.
    Posibilita uso distintos fluidos de trabajo.
    Pocas partes móviles.
    Baja Corrosión.
    Bajo nivel de emisiones.
    Por alta eficiencia.
    Por fuente de calor.
  • 4. IV ISES-CLA XVII SPES
    Características
    • Baja complejidad
    Mantención reducida.
    Esfuerzos constantes.
    Manufactura simple.
    Autonomía.
    Alta confiabilidad.
    Uso en zonas aisladas.
    Walker G., StirlingEngines, Oxford University Press 1980.
  • 5. IV ISES-CLA XVII SPES
    Ejemplos de uso
    Generación eléctrica con concentradores solares y Biomasa.
  • 6. IV ISES-CLA XVII SPES
    Potenciales usos en Chile
    Fuentes geotermales de baja temperatura.
    Utilización eficiente de biomasa.
    Utilización de calor de desecho en industrias y cogeneración.
  • 7. IV ISES-CLA XVII SPES
    Funcionamiento motor Stirling
    Etapa 1-2
  • 8. IV ISES-CLA XVII SPES
    Funcionamiento motor Stirling
    Etapa 2-3
  • 9. IV ISES-CLA XVII SPES
    Funcionamiento motor Stirling
    Etapa 3-4
  • 10. IV ISES-CLA XVII SPES
    Funcionamiento motor Stirling
    Etapa 4-1
  • 11. IV ISES-CLA XVII SPES
    Funcionamiento motor Stirling
  • 12. IV ISES-CLA XVII SPES
    Tipos de Motores
    Tipo Alfa
    Tipo Beta
    Tipo Gama
    H = Fuente Caliente
    R = Regenerador
    C = Fuente fría
    1 = Espacio de expansión
    2 = Espacio de compresión
  • 13. IV ISES-CLA XVII SPES
    Parámetros de interés
    Fluido de trabajo:
    Potencial aumento conversión de energía según las propiedades del fluido
    Walker, G. Stirling Engines, 1980
  • 14. Parámetros de interés
    Presión y Temperatura :
    • Relación directa con el aumento de trabajo realizado.
    Presentación Tesis I - Julio 2009
  • 15. Diseño del prototipo
    Prototipo tipo Gama.
    Dimensiones compactas
    Materiales comunes
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 16. Diseño del prototipo
    Parámetros iniciales para diseño de motor.
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 17. Modelo Termodinámico y de Transferencia de Calor
    Uso de teoría de Schmidt
    Funciones representativas.
    Uso de modelo Adiabático
    En base a ecuaciones de estado y energía diferenciales.
    Análisis numérico.
    Adición de pérdidas a modelo adiabático
    De carga
    Mecánicas
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 18. Modelo Termodinámico y de Transferencia de Calor
    Eq. Ideal de los gases.
    Intercambiadores de calor.
    Regenerador .
    Pérdidas de carga.
    Sistema mecánico.
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 19. IV ISES-CLA XVII SPES
    Caracterización del motor Diseñado
  • 20. Importancia del modelo
    IV ISES-CLA XVII SPES
    Potencia según RPM para los modelos utilizados en caso base para 1 y 4 [bar].
  • 21. Temperaturas del sistema
    IV ISES-CLA XVII SPES
    Temperaturas del sistema según ángulo de ciclo para 220 RPM
  • 22. Fluidos y Transferencia de calor
    IV ISES-CLA XVII SPES
    Eficiencia de Carnot para el fluido de trabajo,según RPM.
  • 23. Perdidas de potencia para el fluido de trabajo, según RPM.
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 24. Potencia según RPM
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 25. Potencia según Presión de gas
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 26. Potencia Máxima según Presión y Temperatura
    IV ISES-CLA XVII SPES
  • 27. IV ISES-CLA XVII SPES
    Conclusiones
    El utilizar un modelo termodinámico de segundo orden entrega información valiosa con miras a la construcción de un prototipo.
    La efectividad de los intercambiadores de calor resulta muy preponderante en la potencia obtenible en un motor de Ciclo Stirling.
    La utilización de fluidos de trabajo como Helio e Hidrógeno en el prototipo propuesto, proveen de mejoras en el desempeño debido a sus mejores propiedades de transferencia de calor y menor pérdida de carga.
  • 28. IV ISES-CLA XVII SPES
    Conclusiones
    Incrementandola presión y/o aumentar el gradiente de temperatura en el motor el uso de Helio o Hidrógeno aumenta aprovechamiento del recurso térmico.
    El diseño debe apuntar al manejo de presiones mayores a la ambiente y utilización de helio o hidrógeno como fluido de trabajo.
    Actualmente se está en etapa de construcción un prototipo creado a partir del diseño configurado en el presente trabajo.
  • 29. IV ISES-CLA XVII SPES
    Gracias