Diseño y fabricación a escala de un motor Stirling accionado por energía solar

Abstract

Este trabajo especial de grado realizado para optar al título de ingeniero mecánico, consiste en el diseño y construcción de un motor Stirling tipo alfa accionado por energía solar. Luego de realizar una investigación exhaustiva sobre trabajos preliminares en este tema, se hizo un estudio termodinámico típico para motores alfa sinusoidales, obteniendo una potencia de salida de 20 W, una velocidad de giro de 1800 rpm, eficiencia de 7%, diferencia de temperatura de 338 °C, volumen neto de barrido de 50 cc, fluido de trabajo aire y presiones a cada instante del ciclo. A partir de éstas se analizó cinemática y dinámicamente, se balanceó el conjunto cigüeñal, se dimensionó el volante de inercia y demás componentes hasta completar el estudio mecánico del motor. La resistividad de las piezas más críticas fue evaluada por medio de un software de análisis de elementos finitos. Se fabricaron todas las piezas en los materiales correspondientes y se ensamblaron para obtener finalmente el prototipo, el cual fue evaluado y no mantuvo un movimiento constante en el eje cigüeñal, el motivo principal es que no se logró en la construcción el ajuste adecuado entre los anillos del pistón y el cilindro, por lo que se recomienda la construcción del cilindro de alta temperatura en fundición gris la cual es auto lubricante y asegura un menor coeficiente de fricción.