Diseño, análisis y comparación de un motor Stirling y un motor de cuatro tiempos

Abstract

En el presente Trabajo de Fin de Grado se pretende realizar el diseño y análisis de un motor de tipo Stirling y de un motor de combustión interna de cuatro tiempos, el motor Webster. En este texto se persigue, por tanto, un doble objetivo: en primer lugar, mostrar las potentes características de los programas de diseño asistido por ordenador, en este caso, el software CATIA, en su versión V5R19, siendo justamente el apartado de diseño el principal enfoque del trabajo; en segundo lugar, como objetivo principal, este Trabajo aspira a funcionar como un repositorio de las principales características de los motores anteriormente mencionados. En ese sentido, se procurará ofrecer una información extensa y completa acerca de estas máquinas, no sólo ateniéndose a su diseño estructural, sino también a su desarrollo histórico, funcionamiento, termodinámica y aplicaciones. La elección de estos dos motores se ha basado, primero, en ofrecer una comparativa interesante entre dos máquinas que, si bien pertenecen al mismo campo de la ingeniería y aspiran a desempeñar las mismas funciones, son sustancialmente diferentes en su funcionamiento y capacidades, lo que permitirá poner fácilmente de manifiesto sus fortalezas y debilidades al compararlas entre ellas. En segundo lugar, un motivo de gran interés para seleccionar esta pareja de motores ha consistido en el hecho de que ambos utilizan gas como principal fluido de funcionamiento; esto es algo revolucionario en la industria del motor, y abre la puerta a un desarrollo más sostenible de este sector, un objetivo que se ha venido buscando desde hace mucho tiempo, siempre opacado por el dominio de los combustibles fósiles. Así pues, para la realización de esta tesis, se procederá a desarrollar una reseña histórica de ambos motores, tras lo cual se hará una introducción a los programas de diseño por ordenador que se emplearán para su modelado (CATIA y Keyshot). A continuación, se mostrará el propio modelado, que ejercerá como la parte central de este Trabajo, para posteriormente desgranar el funcionamiento de ambos motores, así como la termodinámica que siguen. El texto concluirá con un apartado de conclusiones, que enumerará las ventajas y desventajas de cada motor, y establecerá una comparativa entre sus capacidades y características.

In this text we will develop the design and further analysis of a Stirling engine and a 4- Stroke, Internal Combustion engine, namely the Webster Engine. Furthermore, a double objective is chasen: in the first place, we would like to show the magnificient capabilities and characteristics of the computer-aided design tools and softwares we will be using, being the most relevant the CATIA software, specifically on his V5R19 version. Thus, the design section will be the main focus of this text. However, the second and most important objective of this End-Of-Degree Project is offering a mostly complete overview of these two engines, making this paper useful as a guide for understanding how do they work, and their general characteristics. This means we will not restrain ourselves to the design section; information about their historical development, functioning, thermodynamics and applications will be also found here. About the reasons of selecting specifically this pair of engines, we can find two answers for that question. In the first place, they offer an interesting comparison, since both of them belong to the same area of engineering, and they are designed to be close competitors, but incidentally, the principles under they work and their general characteristics are quite different. On the second hand, one of the most interesting reasos for selecting these engines relies on the fact that both of them employ gas as their main working fluid; this is something revolutionary in the engine industry, and it marks the beginning of an era in which more ecological and sustanaible sources of energy become a solid option against the historical dominance of fossil fuels. Thus, we will start this tesis by making a review of the development of these two kinds of engines along the years, followed by an introduction of the softwares which will be used for the design and modeling (CATIA and Keyshot). Then we will show the main chapter of this text: the desing and modeling section. The following chapters will cover the aspects of the internal functioning of the engines, along with a study about the thermodynamics they follow. We will conclude this End-Of-Degree Project with a chapter in which we will show the advantages and disadvantages of each engine, and we will remark the conclussions reached along the text.