MODELACIÓN COMPUTACIONAL DE UN MOTOR STIRLING TIPO BETA

Abstract

Debido a que vivimos en una época donde la eficiencia energética apremia más que el mero hecho se seguir generando procesos que impacten de forma negativa al medio ambiente, es que se han introducido distintas opciones que colaboren a lograr dicha eficiencia. Una de ellas es un olvidado motor que resurge como otra alternativa dentro de una vasta lista de opciones. Es así como se introduce el motor de combustión externa que lleva el nombre de su inventor: Stirling. Dada la versatilidad que presenta esta máquina térmica, la hace una interesante opción de estudio. El presente trabajo tiene como objetivo dar una herramienta para estudiar el motor Stirling, en específico con configuración beta de pistón libre, y de paso que sirva para determinar los parámetros de operación de una máquina que se pretenda desarrollar físicamente con el uso de una aproximación numérica. Siendo así, se analizó el motor de forma cualitativa y cuantitativamente tomando en cuenta las distintas consideraciones a la hora de fabricar uno y dejándolas en evidencia. El modelo matemático en sí tiene la capacidad de estimar parámetros desconocidos utilizando para ello herramientas de la teoría de control y otras de optimización moderna como lo son los algoritmos evolutivos, que emulan la evolución natural en el sentido que Darwin lo propuso, para satisfacer cierto requerimiento. Una vez solucionado el problema desde el punto de vista numérico, se pudieron obtener una serie de gráficos y valores que describen el comportamiento del motor simulado, como por ejemplo gráficos P-V o P-t y otros de rendimiento que orientan a la frecuencia y potencia dependientes de la carga o freno en el pistón. No obstante fue relativamente sencillo producir los distintos resultados debido a la eficacia del algoritmo para encontrar la solución, a pesar de que el motor tiene un punto de operación único y al variar un parámetro necesariamente debe cambiar otro, o varios. Como la plataforma numérica admite entradas en forma de variables físicas y termodinámicas que se pueden encontrar en motores prototipo existentes, se aprovechó este hecho para validarla con un motor bien adaptado al modelo y que recibe el nombre de SUTech-SR-1, fabricado en la Universidad Técnica de Shiraz. Los parámetros de la máquina mencionada se estimaron previamente en otro trabajo con una metodología diferente a la aquí propuesta, y sirvieron para determinar los parámetros de salida que se contrarrestaron con los medidos empíricamente. Los resultados se aproximaron de buena forma a los datos del motor real, pero el modelo sigue sin explicar el valor de los parámetros de amortiguamientos ni la dependencia de otros factores sobre ellos.