Puesta en marcha de una práctica de disco parabólico y motor Stirling.

Abstract

[ES]La cuestión energética actualmente se manifiesta como un gran desafío científico y tecnológico ante la gran demanda y las consecuencias ambientales y socio-económicas. En este contexto, las energías renovables representan una parte fundamental de la solución de este reto. El presente trabajo tiene como finalidad la puesta en marcha de dos equipos experimentales de dos motores Stirling, uno de combustión y otro solar. Este tipo de motor recibe su nombre en honor el ingeniero que lo diseñó en 1816, Robert Stirling y sigue un ciclo termodinámico que consta de dos procesos isócoros y dos isotermos. En la actualidad, el motor Stirling está cobrando mayor relevancia puesto que ofrece simultáneamente una alta eficiencia junto con bajas emisiones de productos de combustión, pues se caracteriza por una combustión externa en el caso del motor Stirling de combustión y libre de emisiones, en el caso del motor Stirling solar. Tras la puesta en marcha de dichos equipos, se pretende tomar una serie de medidas iniciales con el fin de crear un protocolo de operación, así como unos guiones de prácticas. Con respecto a la práctica experimental del motor Stirling de combustión, se dispone de un motor tipo cilindro-pistón del modelo Phywe systeme GMBH cuya fuente de calor procede de la combustión de alcohol y se pretenden realizar tres experiencias: calibración del sensor de presión, cálculo del trabajo neto mediante el diagrama PV en el osciloscopio y cálculo de la potencia eléctrica efectiva. Con respecto a la práctica experimental del motor Stirling solar, se dispone de un motor acopla do en una parábola solar de concentración del modelo Ventus. Este tipo de tecnología se enmarca dentro de la energía termosolar generada mediante concentración solar (CSP). Su funcionamien to se basa en la concentración de la radiación solar (gracias a la parábola) en el foco caliente del émbolo de desplazamiento del motor Stirling. Mediante esta práctica se pretende calcular la potencia eléctrica. A partir de todas estas prácticas, el objetivo final de este TFG es construir un protocolo de ejecución y unos guiones de ambas prácticas experimentales para su posterior realización. Ambos guiones constan de la siguiente estructura: objetivos, material, fundamento teórico, método expe rimental y resultados, para que los alumnos futuros sean capaces de reproducir estos experimen tos comprendiendo asimismo el fundamento termodinámico. Se pretende que dichas prácticas experimentales se puedan implementar en ciertas asignaturas del Grado de Física.

[EN]The energy issue currently manifests itself as a great scientific and technological challenge in the face of great demand and the environmental and socio-economic consequences. In this context, the renewable energies represent a fundamental part of the solution to this challenge. The purpose of this work is to set up a couple of experimental sets of Stirling engines, one combustion and one solar. This type of engine gets its name from honor the engineer who designed it in 1816, Robert Stirling, and follows a thermodynamic cycle that consists of two isochoric and two isothermal processes. At present, the Stirling engine is getting greater relevance as it simultaneously offers high efficiency, together with low emissions of combustion products, since it is characterized by external combustion in the case of the engine combustion and emission-free in the case of the solar Stirling engine. After the start-up of both sets, it is intended to take a series of initial measures in order to create an operation protocol, as well as some laboratoty scripts. Regarding the experimental practice of the Stirling combustion engine, there is a cylinder piston engine type of the Phywe systeme GMBH model whose heat source comes from the com bustion of alcohol in order to carry out three experiences: calibration of the pressure sensor, calculation of the net work through the PV diagram in the oscilloscope and calculation of the effective electrical power. About the experimental practice of the solar Stirling engine, there is a coupled engine to a solar contentration parabola, model Ventus. This type of technology is framed within solar thermal energy generated by Concentrated Solar Power (CSP). It is based on the concentration of solar radiation (thanks to the parabola) in the hot spot of the displacement piston of the Stirling engine. Through this practice it is intended to calculate the electrical power output. From all these practices, the main objective of this Final Degree Project is to build a protocol of execution and some laboratory scripts of both experimental practices for their later realization. Both of them are meant to have the following structure: objectives, material, theoretical bases, experimental method and results, so that future students will be able to reproduce all these ex periments comprehending those thermodynamical bases. It is intended that such experimental practices can be implemented in certain subjects of the Physics Degree.