Motor Stirling

Objetivo de la práctica

El objetivo de la práctica presente consiste en el cálculo del rendimiento térmico y los rendimientos eléctrico y mecánico de un motor de Stirling.

Ecuaciones físicas del proceso

La primera ecuación a destacar es la del rendimiento. El ciclo ideal de Stirling es un ciclo reversible por lo que presenta el mismo rendimiento que el de Carnot

ƞ=1-T2/T1

donde T1 = Temperatura del foco caliente y T2 = Temperatura del foco frío.

Para calcular los moles en nuestro experimento, debemos utilizar la ecuación de los gases ideales:

n=(p x V)/(Ru x T)

Para calcular la potencia efectiva ejercida por nuestro par moto, usaremos esta ecuación:

(W ̇e=2π×M×f) ̇

La ecuación para calcular la potencia calórica suministrada será:

Q_(in= m_(alcohol x h_c )/t)

Donde h_c=30637 Kj/Kg

Para medir la potencia eléctrica del motor utilizaremos la siguiente fórmula:

W ̇_electrica=U×I

Si necesitamos conseguir la eficiencia del calentador usaremos la siguiente ecuación:

ƞ_calentador=(Q ̇_in^ideal)/(Q ̇_in^real )

Q ̇_in^ideal=f x n R_u x T_1 x ln⁡〖V2/V1〗

Resultados Obtenidos

M (PAR) f(rpm) T_1 (℃) T_2 (℃)

0.1 630 86 42.5

0.2 638 89 43.7

0.3 614 92 44.1

0.5 562 92 44.7

0.6 525 94 45.1

0.7 515 99.6 45.7

0.9 459 103 46.3

1 420 106 46.6

12 404 110 47

13 363 114 47.2

Tabla 1: Estudio de eficiencia mecánica

U (V) I (mA) f(rpm) T_1 (℃) T_2 (℃)

7.7 24.3 554 142 38.2

7.6 27.2 566 147 38.4

7.3 29.6 543 148 39

7 30.1 543 148 39.2

6.3 30.5 493 145 39.4

5.9 31.8 462 142 39.6

5.4 35 448 140 40

5 40.7 435 139 40.4

4.4 46.7 414 138 40.6

3.7 52.7 387 137 41

Tabla 2: Estudio de la eficiencia eléctrico

Material Utilizado

Para esta práctica usamos un motor Stirling transparente, también utilizamos un aparato medidor, con el cual medimos el par mecánico (escala y freno Prony), la frecuencia de giro y las temperaturas. También utilizamos un mechero de alcohol, termopares, polímetros, reóstato y un cronómetro para medir el tiempo de realización.

Realización

El objetivo de esta práctica es, gracias al uso de un motor Stirling, calcular la cantidad de calor aportada al motor controlando la masa de alcohol quemada en el transcurso de la práctica.

Para comenzar la práctica comenzamos calibrando el aparato de medida pVnT. Para ello encendemos el aparato e introducimos las sondas de una temperatura con agua. Una vez introducidas las sondas, presionamos el botón “Calibrar T”. Una vez secadas las sondas las introducimos en el motor. Una vez calibrada la temperatura nos aparece el mensaje “OT” en el medidor, entonces giramos el motor hasta obtener el volumen mínimo que es 32 cm3. Anotamos la presión atmosférica y la temperatura para calcular más tarde el número de moles que serán necesarios. Una vez llenado de alcohol el mechero y pesarlo para calcular más tarde la masa de alcohol quemada, lo colocamos bajo el extremo del motor. Una vez puesto el mechero en el extremo del motor, pulsamos el cronómetro para medir el tiempo que tardamos en quemar la cantidad de alcohol. Acompañamos la rueda un poco hasta que ya funciona por sí sola. Una vez el motor se estabilice anotamos los datos: par motor, frecuencia y temperaturas.

Para calcular la potencia efectiva mecánica frenamos el motor con un freno dinamométrico sucesivamente y vamos anotando los resultados de nuestro experimento.

Para calcular la potencia eléctrica colocamos un módulo motor/generador sobre la placa de montaje. Lo colocamos en modo generador y lo conectamos con el volante del motor Stirling por medio de una cinta elástica. Hacemos las mediciones varias veces, colocando polímeros para medir la tensión y la intensidad, a la vez que la frecuencia y las temperaturas.

Ejercicios

Calcular la eficiencia del calentador ƞ_calentador definida como la relación entre la potencia calórica consumida por el ciclo real 〖(Q ̇〗_in^real) y la consumida por el ciclo ideal (Q ̇_in^ideal ).

ƞ_calentador=(Q ̇_in^ideal)/(Q ̇_in^real )

Q ̇_in^ideal=f x n R_u x T_1 x ln⁡〖V2/V1〗

donde f es la frecuencia del ciclo,

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