miércoles, 29 de enero de 2014

LATEST MECHANICAL ENGINEERING BREAKTHROUGH 

                           THERMODYNAMICS FIELD 


Nanoscale heat engine exceeds standard efficiency limit

Detail —In 2012, a team of physicists from Germany proposed a scheme for realizing a nanoscale heat engine composed of a single ion. Like a macroscale heat engine, the theoretical nanoscale version can convert heat into mechanical work by taking advantage of the temperature difference between two thermal reservoirs. Because the single-ion heat engine is so small, at the time the physicists noted that it had the potential to tap into the quantum regime and experience quantum effects.

Now in a new paper, the physicists, from the Universities of Mainz and Erlangen-Nürnberg in Germany, have theoretically shown that a nanoscale heat engine can take advantage of nonthermal effects.

"Our theoretical and numerical findings show that the performance of quantum heat engines may be enhanced by coupling them to engineered nonthermal reservoirs, like squeezed reservoirs," said co-author Eric Lutz, Physics Professor at the University of Erlangen Nürnberg . "These results follow from the application of the second law of thermodynamics to a reservoir configuration that is more general than usually considered in textbooks. From a theoretical point of view, they indicate that the second law is less restrictive away from equilibrium."

In their paper, the physicists showed that when the high-temperature thermal reservoir to which the quantum heat engine is attached is "squeezed," the heat engine's efficiency at maximum power dramatically increases and can exceed the standard Carnot limit by a factor of two. Since the power of an engine vanishes at maximum efficiency, the efficiency at maximum power is the quantity of prime interest for practical applications. As an expression of the second law of thermodynamics, Carnot's result places a fundamental limit on a heat engine's maximum efficiency. However, this limit holds only for the particular configuration that involves two thermal reservoirs at different temperatures. The engine proposed here has only one thermal reservoir, since the reservoir that is squeezed is considered nonthermal. While thermal reservoirs are characterized only by their temperatures, nonthermal reservoirs can be controlled in additional ways, such as by squeezing.

As the physicists explain, squeezing is a quantum optics concept that has been shown to be a useful tool in high-precision spectroscopy, quantum information, quantum cryptography, and other areas. However, the use of squeezed thermal reservoirs in quantum thermodynamics has been largely unexplored until now.

The physicists' simulations showed that this heat engine can be experimentally realized with current technology involving a single ion and laser reservoirs. The simulations revealed that such a heat engine could realistically operate at maximum power with an efficiency that is up to four times larger than the efficiency obtained with two thermal reservoirs, and a factor of two above the standard Carnot limit.

In the future, these dramatic improvements in efficiency through squeezing could lead to the realization of more efficient nanoengines. "We succeeded recently to trap ions and plan to verify the predicted results in the lab," Lutz said. "We are currently investigating heat pumps and the options to scale the number of ions up."

lunes, 26 de noviembre de 2012

Movimientos de un Stirling








Movimentos de un Stirling











Una meta importante de la ingeniería es la de desarrollar dispositivos que permitan convertir el calor
en trabajo. Mientras que la conversión del trabajo en calor se puede conseguir con un rendimiento del
100 %, la conversión de calor en trabajo viene limitada por el Segundo principio de la Termodinámica:
“No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y
la conversión íntegra de este calor en trabajo, sin producir ningún
otro efecto” (enunciado de Kelvin-Planck).
En general, un motor térmico es un dispositivo mediante el
cual un sistema realiza un ciclo en el que absorbe calor de un
foco de temperatura alta, cede una cantidad de calor a un foco
de temperatura inferior, y realiza un trabajo sobre el exterior.
En 1816, Stirling diseñó un motor de aire caliente que podía
convertir en trabajo parte de la energía liberada al quemar combustible.
Tenía la ventaja de trabajar a más bajas presiones y
ofrecer, por tanto, menor riesgo de explosión que la máquina de
vapor. Posteriormente, el motor Stirling fue abandonado al desarrollarse
el motor de combustión interna.
En la actualidad, el motor Stirling está en una nueva fase de desarrollo debido a sus muchas ventajas.
Por ejemplo, constituye un sistema cerrado, trabaja muy suavemente y puede funcionar con diferentes
combustibles, lo cual permite investigar también los aspectos ambientales en nuestra sociedad.
Nosotros vamos a utilizar el motor Stirling para estudiar el principio de las máquinas térmicas,
porque, en este caso, el proceso de conversión de la energía térmica en energía mecánica es particularmente
claro y relativamente fácil de entender.




El funcionamiento del motor se observa en las cuatro secuencias de la figura adjunta, correspondiendo
cada una de ellas a uno de los procesos termodinámicos del ciclo de Stirling antes descrito.

- Proceso I: el émbolo de trabajo se mueve hacia arriba, mientras que el sumergible está quieto,
produciéndose una expansión isoterma del gas, a una temperatura alta.

- Proceso II: el émbolo sumergible se desplaza hacia la derecha, absorbiendo y almacenando el
calor del gas caliente que circula hacia la izquierda, mientras que el émbolo de trabajo está
quieto ahora, por lo que se produce un enfriamiento isócoro.

- Proceso III: el émbolo de trabajo se mueve hacia abajo, mientras que el sumergible está quieto,
produciéndose una compresión isoterma del gas, pero a menor temperatura que la del proceso
I, pues el gas se enfrió en el proceso II.

- Proceso IV: el émbolo sumergible retorna ahora hacia la izquierda, cediendo al gas el calor
que almacenó previamente en el proceso II, mientras que el émbolo de trabajo está quieto. Se
produce así un calentamiento isócoro del gas.



 

lunes, 8 de octubre de 2012

Motor Stirling Planos

 

  Motor Stirling Fuente de Energía

                                                                                              Profesor Antonio Rappa


              Buscando respuestas de como podría generar energía limpia, basan dome en las cualidades de un motor Stirling, me encontrado un un gran vació didáctico para poder explicar a cualquier alumno de Formación Profecional de forma fácil y descriptivas, así que he pensado en crear un blog donde pondré mis conocimiento y mis experimentos para tener un portal de interacción con las demás personas interesadas o que estén trabajando en algún proyecto parecido.
               En el 2009 reunidos con un grupo de alumnos de grado superior de FP., me comunicarón que tenían la curiosidad del funcionamiento del motor Stirling y si se podría utilizar como generador eléctrico a partir de alguna fuente de energía renovable como la solar, investigando encontré varias fabricas una de ellas en Hohenzollernstraße Stuttgart Alemania, el EuroDish Stirling y criemos posible que con la tecnología y los conocimientos que podría aportar podríamos hacer un prototipo pequeño, con nuestros propios diseños y cálculos, para realizar experimentos, así darnos una idea de que rentavilidad podriamos estar hablando.
              Realizando unos pequeños bocetos y planos nos pusimos manos a la obra y después de varios meses de trabajo construimos un captador solar de un diámetro de 1800mm, donde podriamos captar la energía solar, Aqui le mostraremos como quedo el prototipo:En el final de la presentación hay un video del funcionamiento del captador:http://www.youtube.com/watch?v=wkDCxDgnuCc&feature=plcp

ASI QUEDO 


































                                                                                                                                                                 Objetivos


Una meta importante de la ingeniería es la de desarrollar dispositivos que permitan convertir el calor
en trabajo. Mientras que la conversión del trabajo en calor se puede conseguir con un rendimiento del
100 %, la conversión de calor en trabajo viene limitada por el Segundo principio de la Termodinámica:
“No es posible un proceso cuyo único resultado sea la absorción de calor procedente de un foco y
la conversión íntegra de este calor en trabajo, sin producir ningún otro efecto”
En general, un motor térmico es un dispositivo mediante el
cual un sistema realiza un ciclo en el que absorbe calor de un
foco de temperatura alta, cede una cantidad de calor a un foco
de temperatura inferior, y realiza un trabajo sobre el exterior.
En 1816, Stirling diseñó un motor de aire caliente que podía
convertir en trabajo parte de la energía liberada al quemar combustible.
Tenía la ventaja de trabajar a más bajas presiones y
ofrecer, por tanto, menor riesgo de explosión que la máquina de
vapor. Posteriormente, el motor Stirling fue abandonado al desarrollarse
el motor de combustión interna.
En la actualidad, el motor Stirling está en una nueva fase de desarrollo debido a sus muchas ventajas.
Por ejemplo, constituye un sistema cerrado, trabaja muy suavemente y puede funcionar con diferentes
combustibles, lo cual permite investigar también los aspectos ambientales en nuestra sociedad.
Nosotros vamos a utilizar el motor Stirling para estudiar el principio de las máquinas térmicas,
porque, en este caso, el proceso de conversión de la energía térmica en energía mecánica es particularmente
claro y relativamente fácil de entender.

Fabricación 















































La mayoría de los planos fueron realzados por alumnos de Grado Superior de Formación Profesional, diseñado con programas CAD y en algunos casos hubo que aplicar programaciones CAM. para mecanizar las piezas más complejas utilizando un centro de mecanizado de 24 herramientas y un torno de control numérico,  los materiales son muy básicos, se utilizaron materiales ferrosos como tubos cuadrados  y redondos para el bastidor del captador, acero inoxcidable para la parte reflectante, aluminios para partes del motor bronce con aleaciones fosforozas para partes moviles acero para las bases y diferentes tipos de tornilleria,rodamientos juntas toricas etc.,
 Podran ver el funcionamiento del captador solar en un video de youtube http://www.youtube.com/watch?v=wkDCxDgnuCc&feature=plcp y proimamente tambien el funcionamento del motor y los planos
y ondaremos en las partes teorica del funcionamento del motor, como del comportamiento de los gases y de la energia calorifica necesaria para el funcionamiento. Cualquiera duda contesto por medio del email tonyrappa7@gmail.com