Informe Técnico Proyecto: E655/07/BIS 2 PET 30

MANRIQUE, SILVINA; FRANCO, JUDITH

2007-10-01/2008-04-01

1-50

Informe Ciencias Exactas y Naturales. Bioenergía

Energia-Bioenergia

Se realizó el diseño, dimensionamiento y construcción de un prototipo de motor Stirling de baja potencia calentado a partir de biomasa. La caldera de combustión de biomasa acoplada al motor fue asimismo diseñada y construida en el marco del proyecto.   A partir de una metodología propia se detectaron aspectos básicos fundamentales que debían ser considerados para el diseño del prototipo, predefiniendo sus características y realizando cálculos que permitieron tener referencias para su construcción. Un análisis termodinámico elemental permitió estimar de manera preliminar algunas variables de funcionamiento y estructurales del prototipo.   El dimensionamiento interno del motor se realizó mediante simulaciones computacionales, por un lado, y mediante aproximaciones teóricas, por otro. La construcción del prototipo permitió finalmente conocer parámetros fundamentales que influyen en el funcionamiento del mismo y que deben ser trabajados y mejorados: la presión del fluido de trabajo, el salto térmico necesario, la velocidad para un óptimo funcionamiento, el volumen efectivamente barrido por el pistón de trabajo, la función del regenerador y su disposición, la inercia a alcanzar en el volante de salida definida por tamaño y peso del mismo, entre los principales.   El motor construido, funcionado a presión atmosférica, tiene una potencia final de 33 W, una velocidad de 200 r.p.m. y una relación carrera/diámetro de 0.5. Las temperaturas de los foco frío y caliente a partir de biomasa son: 300ºC y 50ºC aproximadamente. La configuración es de tipo beta, sin regenerador anexo, con un sistema de refrigeración mediante aire y el fluido de trabajo aire, asimismo. El mecanismo es relativamente sencillo y se emplearon en la construcción materiales económicos y piezas disponibles en el mercado. Su funcionamiento es silencioso y sin emisiones de contaminantes. La caldera posee un sistema de doble cámara de combustión e inyección múltiple de aire que permite un buen aprovechamiento del poder calorífico de los combustibles. El acople entre caldera y motor se realizó por medio de un receptáculo confeccionado en fibra cerámica.   La biomasa residual generada en la zona sur del Valle de Lerma -provincia de Salta-, consistente principalmente en residuos de tabaco y ají - es el  material potencial a ser utilizado en la caldera. Estimaciones de poder calorífico y caracterizaciones del material permiten estimar una alta disponibilidad energética que podría ser aprovechada para la generación del calor necesario para el motor. Otros tipos de material orgánico podrían asimismo ser utilizados (leñosas arbustivas, residuos de hortalizas, podas de frutales o cítrus, etc.).   Se muestran resultados teóricos y experimentales obtenidos a partir del motor y caldera, entre los que se cuentan: ensayos de temperaturas en foco frío y caliente a partir de diferentes fuentes de calor (gas envasado, gas natural, oxígeno-acetileno y biomasa); funcionamiento de la caldera (duración de la carga, kg de material por carga, reacción de diferentes tipos de biomasa, flujo de aire para la combustión); potencia de salida del motor, velocidad, trabajo realizado por el pistón, eficiencia posible, pérdidas térmicas estimadas para el sistema.  La aplicación de interés final es la generación de energía eléctrica a nivel de vivienda rural, para lo cual los resultados del presente proyecto permitirán realizar el redimensionamiento y construcción de un nuevo prototipo que presente las mejoras propuestas.