J. Ignacio Sánchez L UdC Chile XVII Simposio Peruano de Energía Solar - IV ISES-CLA Blog Soluciones solares (solucionessolares.blogspot.com)

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.

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

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