Propuesta para el modelado de un motor Stirling - Nava Ramírez, Alejandro (My University, 2021)
El primer capítulo explica qué es un ciclo Stirling, se evoca brevemente la historia de los sistemas Stirling, presentando los antecedentes y se explican el funcionamiento de las configuraciones mecánicas más comunes. Posteriormente se dan algunos ejemplos del estado del arte y se señalan los retos actuales de estos motores. Se culmina con la relevancia y justificación del presente trabajo. En este capítulo también se presentan los objetivos del trabajo y las especificaciones de desempeño. En el segundo capítulo se desarrollan los modelos matemáticos de orden cero y primer orden, los cuales indicarán las dimensiones de las cámaras del sistema para que éste cumpla con los requerimientos planteados. Con esta finalidad se emplean el número de Beale para obtener el volumen de la cámara de compresión a partir de la potencia objetivo, la frecuencia y la presión de trabajo del motor GPU-3. Para obtener el rango de temperaturas de trabajo se utiliza el número de West. El volumen muerto es considerado proporcionalmente al volumen muerto en el motor GPU-3. Se desarrolla el comportamiento de volúmenes sinusoidales para cada configuración. Una vez fijados estos parámetros se utiliza el método de Senft para encontrar el trabajo de salida máximo en el eje variando simultáneamente el ángulo de desfasamiento y la relación de los volúmenes de las cámaras de expansión y compresión (κ). El análisis, se hará a partir de un modelo de segundo orden para calcular la energía involucrada en un proceso en estado estable y que también servirá de apoyo a la selección del sistema. Se presentará también el cálculo de dimensiones para un motor que trabaje a una presión cercana a la presión atmosférica (101 kPa), pues en la Literatura se menciona que existen problemas de fugas ocasionados por las altas presiones generadas por los motores. El capítulo finaliza con un análisis de toma de decisiones para seleccionar la mejor combinación entre la configuración y la sustancia con base en los estudios de este trabajo. En el capítulo final se darán a conocer los resultados y las conclusiones de este trabajo de investigación.
En este trabajo se presenta una metodología para lograr el un modelado de segundo orden de un motor Stirling de tipo mecánico. Se comienza con el modelo de orden cero basado en los parámetros establecidos para el número de Beale, se sigue con la modificación de Senft al modelo isotérmico de primer orden. El análisis culmina con el desarrollo del modelo adiabátido de segundo orden desarrollado por Israel Urieli y David Berchowitz.
Keywords: Energía limpia.; Generación de energía eléctrica.; Aprovechamiento de energía térmica desechada.; Motor Stilring.; Modelo adiabático de motor Stirling.