Para encender por primera vez el motor se utilizo gas propano el cual genera una llama de aproximadamente 800 ºC (ver ilustración 33). Con esta fuente de calor el motor funciono relativamente bien por un corto lapso de tiempo, aproximadamente 15 segundos. Una vez sucedido esto, el motor se detuvo por completo y en un análisis de posibles fallas por las cuales se había detenido, se encontró que el sello del Intercambiador se había perdido originando una despresurización de la cámara en la cual se encuentra los pistones de trabajo.
Ilustración 33. Temperatura de la llama.
Las condiciones de funcionamiento nunca más se lograron recrear y el motor no pudo volver a ser encendido de nuevo. En pruebas posteriores se presentaron diversas clases de inconvenientes tales como fugas en los orificios de que se utilizaron anteriormente para lubricar el sistema de yugos, en el sello mecánico; se
presentaron atascamientos en los desplazadores por lo cual se volvieron a construir, esperando que el motor encendiera de nuevo pero todo esfuerzo realizado fue en vano.
Para el enfriador se uso agua a temperatura ambiente, y se lubricó el motor en su totalidad con aceite para motores 2T.
El motor no presento mayores problemas relacionados con ruido generado por los mecanismos prácticamente su operación es silenciosa.
8.2. Problemas de funcionamiento
Uno de los principales problemas con los cuales me encontré al realizar este proyecto fue la falta de paralelismo en las paredes del bloque de desplazadores, por tal razón, a los pistones desplazadores no se les pudo dejar una tolerancia de un milímetro o menos, debido a que si la tolerancia era bastante estrecha los pistones se atoraban durante su recorrido.
Después de un tiempo prudente es de suponerse que el pistón de trabajo comienza a tener problemas relacionados con fricción, debido a que la cámara alcanza temperaturas por encima de los 150ºC, temperatura a la cual el lubricante comienza a quemarse.
Este motor tiene como inconveniente practico que no es fácil de desplazar debido a su gran peso. Además que por funcionar con gases o combustible se debe tener gran cuidad en su manipulación si no se quiere tener un accidente.
9. CONCLUCIONES
A lo largo de este proyecto se observaron una serie de inconvenientes los cuales de una u otra forma retrazaron el correcto desarrollo del plan de trabajo planteado; pero de igual forma se logro salir de estos percances para alcanzar los objetivos planteados.
El principal problema que se presento en este motor Stirling, fue mantener sellado un volumen constante de gas de trabajo al interior de las cámaras que componen cada una de las zonas donde se encuentra el fluido de trabajo. Las altas presiones que se pueden llegar a alcázar (80 Psi) para logran una mayor eficiencia originan grandes inconvenientes en cada uno de los sellos, principalmente en los del intercambiador de calor por las condiciones de temperatura a las cuales opera y el sello mecánico el cual sufre de desplazamiento axial. Para contrarrestar estos inconvenientes se recurrieron a diversa soluciones tales como aplicar diferentes clases de sellantes y probar con diferente grosores de sellos realizados en asbesto los cuales proporcionaban soluciones temporales, que se veían completamente arruinadas cuando el motor alcanzaba su temperatura de operación, hablando para el caso del intercambiador. Para evitar el desplazamiento axial en el eje transmisor de potencia se empleo un rodamiento que soporta cagar axial, el cual por medio de un buje contrarresta la fuerza que ejerzan las bielas al moverse de manera axial. El objeto de este rodamiento es disminuir los efectos mecánicos que se producían al desplazarse en eje cuando se presurizaba la cámara de trabajo como desalineación en los yugos escoceses.
Según lo observado a lo largo de las pruebas que se llevaron acabo para lograr el funcionamiento del motor se puede concluir, que el bloque de desplazadores debe ser soldado al intercambiador de calor como única solución viable para eliminar las fugas, ya que las soluciones planteadas solo proporcionaban un sellado temporal. Para el caso del sello mecánico se deben implantar mecanismos que involucren un mejor sellado y para esto se deben involucrar mejores materiales tales como
cerámicos de ingeniería que no aporten restricción al movimiento combinados con polímetros como el teflón que poseen un bajo coeficiente de fricción.
Los problemas que originaban restricción al movimiento de los mecanismos de barras, se solucionaron mejorando las condiciones de rodadura entre las bielas y las excéntricas de los pistones de potencia, de esta forma se disminuyo de forma notable la oposición al movimiento que se daba en un principio en estos mecanismos. Para ver como se comportan estos elementos se tomo una serie de datos (torques estáticos, ver tabla 5) los cuales se esperaba comprobar de forma experimental con la puesta en funcionamiento del motor pero debido a las razones explicadas anteriormente no se pudo llevar acabo este experimento. Es importante que los trabajos futuros en se haga énfasis en seguir disminuyendo el torque estático ya que como se puede apreciar en la tabla # 5 hay ángulos en los cuales todavía este torque es demasiado alto para motores de esta aplicación.
Otro factor en el que se debe pensar es en disminuir de forma radical el peso de estos elementos para alcanzar mayores eficiencias ya que no se puede afectar factores como la carrera del pistón para aumentar la eficiencia, esto debido a las condiciones de entrada como son forma y geometría del bloque en donde se encuentran alojados los pistones de trabajo.
Para el intercambiador de baja temperatura se encontró que no esta cumpliendo con su función de manera correcta, ya que la temperatura de salida del agua escasamente aumentaba 1 ºC, por lo cual la temperatura en la zona fría tiende a aumentar con el tiempo, originado como consecuencia que el delta de temperaturas no sea lo suficientemente alto como para alcanzar la potencia deseada. Para mejorar esta situación se debe pensar en soluciones las cuales originen un contacto directo del agua con las paredes de la zona fría para que de esta forma se pueda extraer la mayor cantidad de calor posible.
Como objetivo en los siguientes desarrollos que se realicen en este motor se de debe corregir la desalineación que se presenta en los agujeros que hacen parte del sistema de guías. Debido a que esta, en gran parte aporta una considerable restricción al movimiento.
10. RECOMENDACIONES
Como primera recomendación se deben cambiar los mecanismos de bielas y excéntricas por materiales como aluminio, con el fin de disminuir notablemente el peso del sistema. Para evitar que este material se deteriore con el sistema de rodamientos se aconseja realizar unas pistas en acero el cual fácilmente puede soportar el desgaste originado por el rodamiento de agujas.
Buscar nuevas formas de sellar la cámara donde se encuentra el volumen de trabajo ya se con maquinado en alguna de las piezas originando interferencia o con alguna clase de sello resistente a temperaturas superiores a los 600 ºC, ya que al alcanzar la temperatura de operación cualquier tipo de sellador se encuentra totalmente deteriorado.
Remplazar el bloque de desplazadores debido a que por su mala geometría se presenta espacios de volumen muerto relativamente grandes.
En lo posible tratar de conseguir un bloque de motor nuevo para corregir los problemas de alineación que se presentan debido al mal maquinado de uno de los agujeros guía.
Se puede pensar en reducir la masa del pistón de trabajo, hallando el área efectiva de contacto con la camisa y obteniendo de esta forma un superficie de contacto mucho menor, con la cual se puede reducir el troqué necesario par mover el motor de manera significativa.
11. REFERENCIA
[1] http://revista.robotiker.com/articulos/articulo44/pagina1.jsp
[2] http://www.grc.nasa.gov/WWW/RT2001/5000/5490thieme.html
[3] http://revista.robotiker.com/articulos/articulo40/pagina1.jsp
[4] GONZALEZ Hassing, Andrés, Ensamble y caracterización del motor Stirling de 1/8 de H.P del departamento de ingeniería mecánica. Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Bogota, 2004.
[5] http://www.her.itesm.mx/academia/profesional/cursos/fisica_2000/Fisica1/F%C3%AD
sica/ftema5_fri.html
[6] http://www4.esso.com/Colombia-Spanish/Lubes/PDS/GLXXS2PVLES2T.asp
[7] http://www.bekkoame.ne.jp/~khirata/academic/simple/simplee.htm
12. BIBLIOGRAFIA
• Shigley, Joseph Edward. Mechanical Engineering Design. 7th ed. Cap 4, McGraw-Hill series in mechanical engineering. USA 2004.
• Finkelstein, Theodor and Orange, Allan J. Air Engines. First edition. ASME press, USA 2001.
• MEJIA Carvajal, Oscar Fernando, Diseño y construcción de un motor Stirling de 1/8 de H.P., Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Bogota, 2000.
• CUELLAR Caicedo, Cesar A, Puesta a punto y medición del desempeño del motor Stirling de 1/8 de H.P., Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Bogota, 2000.
• GOMEZ Ceron, José Julián , Diseño e implementación de mejoras de un motor Stirling, Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Bogota, 2002.
• BRETON Arbelaez, Daniel Alberto, Análisis, construcción y diseño de un intercambiador de calor para un motor Stirling de 1/8 de H.P. Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Bogota, 2003.
• GONZALEZ Hassing, Andrés, Ensamble y caracterización del motor Stirling de 1/8 de H.P del departamento de ingeniería mecánica. Universidad de los Andes, Departamento de Ingeniería Mecánica, Bogota, 2004.