Modelación de un Motor Stirling tipo Gama para bajas entalpías

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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

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

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