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Diseño y construcción de un sistema de generación de electricidad con un concentrador parabólico y Motor Stirling

Abstract:

El presente trabajo radica en la construcción y diseño de un sistema de generación de electricidad utilizando un concentrador solar y un motor Stirling, usando como fuente de calor la energía del sol. El primer capítulo, se encuentra enfocado en la conceptualización del motor Stirling como su funcionamiento, tipo de accionamiento, su clasificación, el tipo de fluido a usar, entre otros. Adicional, se aplica un análisis de las investigaciones más relevantes, que se han realizado en la generación de energía eléctrica con el uso de un motor Stirling, lo que conllevó a definir el objetivo principal de este proyecto. También se realiza un análisis del tipo de motor y el mecanismo a implementar. Llegando a definir un motor de tipo beta con un mecanismo rómbico para su accionamiento, que se caracteriza por ser un modelo de bajo ruido y fácil movimiento, al mismo tiempo este sistema es el más complejo en su implementación. En el segundo capítulo, se expresan los modelos matemáticos que gobiernan el diseño del sistema de generación eléctrica, comenzando desde las ecuaciones de la radiación solar, que se genera en cada día en función de la ubicación geográfica y el posicionamiento del sol, pasando por las ecuaciones termodinámicas y de transferencia de calor, que permiten entender los fenómenos que se generan en la parte interior del cilindro, donde se produce la expansión del fluido de trabajo que en este caso es el aire. También se determinan las ecuaciones cinemáticas de movimiento del mecanismo rómbico, para así poder precisar las medidas de dicho mecanismo. Y por último se presentan las ecuaciones de diseño de los elementos que complementan el sistema. En el último capítulo de este trabajo, se expresan los resultados obtenidos bajo los modelos matemáticos y los datos experimentales obtenidos en los cinco días de pruebas, en el que se permite apreciar el trabajo del motor generador que arrojó un voltaje de entre 150 a 615 V con una eficiencia del concentrador solar del 30 %. También se visualizan los parámetros físicos como son la radiación solar y la velocidad del viento de 509.37 W/m2 y 1.03 m/s respectivamente.