Articulo cientifico sobre ing.mecanica

Ingeniería Mecánica. Vol. 14. No. 2, mayo-agosto, 2011, p. 99-106

ISSN 1815-5944

Artículo Original

Análisis de irreversibilidades en el comportamiento de un motor Stirling
Juan José González-Bayón, Diego Quintero-Cabrera, Rubén Borrajo-Pérez
Recibido el 10 de noviembre de 2010; aceptado el 26 de abril de 2011
Resumen El objetivo de este estudio es determinar el efecto de lasirreversibilidades (internas y externas) debidas a la transferencia de calor y las pérdidas de presión debidas a la fricción sobre el rendimiento de Segunda Ley de un motor Stirling de tipo α considerando el volumen muerto. El motor Stirling es analizado usando un modelo matemático basado en las leyes de la termodinámica para procesos con una velocidad finita. Se asume un modelo isotérmico de motor convolúmenes de espacio muerto en la zona caliente, zona fría y en el regenerador. Los resultados obtenidos muestran que a pesar de que teóricamente el motor Stirling posee un rendimiento igual al de Carnot, en la práctica su rendimiento puede ser de 2 a 5 veces menor que éste, dependiendo de la eficiencia del regenerador, del volumen muerto, de la diferencia de temperatura entre fluido y focos térmicosy de las rpm a que se opere el motor. Palabras claves: motor Stirling, motor térmico regenerativo, análisis de irreversibilidades.

Analysis of irreversibilities on performance of a Stirling engine
Abstract The study aims to determine the effect of the internal and external irreversibilities caused by heat transfer and pressure losses due to friction on the Second Law performance of a Stirlingengine tipe α with death volume include. The Stirling engine is analyzed using a mathematical model based on the laws of thermodynamics for processes with finite speed. It is assumed an isothermic model of the motor with death volume on hot zone, cold zone and regenerator. The results of this study show that the real cycle efficiency of the Sirling engine is approximately 2 to 5 times minor thanthe efficiency of Carnot cycle as function of the regenerator efficiency, death volume, temperature difference between fluid and termic source and motor speed. Key words: stirling engine, regenerative heat engine, irreversibilities analysis.

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Análisis de irreversibilidades en el comportamiento de un motor Stirling

Introducción
La evaluación de las pérdidas debido a lasirreversibilidades en el ciclo Stirling es un tópico de significativo interés para aquellos que se ocupan del análisis y el comportamiento de máquinas térmicas. Ese es precisamente el objetivo de este estudio. Los estudios e investigaciones de múltiples autores [1, 2] han mostrado que las irreversibilidades en el ciclo termodinámico tienen una importancia significativa en la predicción del comportamiento de losmotores Stirling. En los últimos años se han realizado esfuerzos para mejorar la comprensión de cómo se relacionan las pérdidas en el motor con las irreversibilidades [3, 4, 5]. Estos esfuerzos han dado lugar a un número de modelos que incluyen el efecto de las irreversibilidades en el ciclo para el análisis y optimización de las máquinas. Sin embargo, los análisis convencionales basados entécnicas de entropía o exergía de forma global no muestran la relación de las irreversibilidades al fenómeno físico que las provoca. El modelo que aquí se presenta vincula directamente las irreversibilidades en la operación del ciclo con la velocidad finita del motor. El modelo provee un claro entendimiento de los mecanismos de pérdidas y relaciona estos cuantitativamente a los términos deirreversibilidad termodinámica. Este modelo permite profundizar en el interior de los mecanismos de pérdidas. El modelo presentado es una extensión de trabajos previos [6, 7] e incluye los efectos de las irreversibilidades internas y externas. Especial atención en el análisis es dada a los efectos de: 1, transferencia de calor a través de una diferencia finita de temperatura entre el motor y los focos...