CICLO STIRLING Y ERICSSON

CICLO STIRLING Y ERICSSON

Los Ciclos Stirling y Ericsson difieren del ciclo de Carnot en que los procesos isentrópicos1 son reemplazados por procesos de regeneración2.
Como objetivo principal del trabajo es hacer un análisis del funcionamiento de cada uno de estos ciclos.
En el desarrollo de este escrito se abordará cómo es qué surgieron estos ciclos termodinámicos, también se dará una brevereseña histórica de personajes que lo desarrollaron, tales como Robert Stirling y John Ericsson que sus inventos o ideas sirvieron de base para la creación de un motor que funcionará bajo este principio. Además de dar algunos ejemplos de la aplicación de estos dos ciclos termodinámicos.










Primeramente, el motor Stirling fue inventado por Robert Stirling3, en el año de 1816, al quellamó economizador de calor (hoy en día llamado regenerador4), él consideraba demasiado complicado calentar agua en una caldera para producir vapor, expandirlo en un motor, condensarlo y mediante una bomba introducir de nuevo el agua en la caldera. Otro impulso que lo llevó a desarrollarlo, fueron los accidentes fatales causados frecuentemente por las máquinas a vapor, ya que aún no se había inventado elacero y las calderas explotaban con facilidad.
El motor de Stirling realizaba los mismos procesos de calentamiento y enfriamiento de un gas, pero dentro del motor y el gas era aire en vez de vapor de agua, por lo que el motor no necesitaba caldera. Su medio de trabajo era aire a presión atmosférica y por lo tanto mucho más seguro.
Este era un tipo de motor bastante común en su época, sobre todo parapequeñas máquinas de uso doméstico, como por ejemplo, ventiladores y bombas de agua, su potencia específica no era muy elevada pero su sencillez y silencio eran muy buenos para aquella época.
El principio del funcionamiento es tan solo calentar y enfriar un medio de trabajo, ya sea aire, helio, hidrógeno o incluso un líquido. Calentando ese medio provoca una expansión del mismo dentro del motor.El medio se desplaza a otra parte del motor dónde es enfriado. Al enfriar el medio, el volumen se reduce de nuevo.
Ese cambio de volúmenes activa un pistón de trabajo el cual ejerce el trabajo del motor. El motor es hermético por lo que siempre se utiliza el mismo medio en un circuito cerrado (no hay escape del medio de trabajo)
Algunas de las ventajas que presenta el motor Stirling son:combustión externa (se puede quemar cualquier combustible para calentar el motor). No hay explosión por lo que el motor es extremamente silencioso y libre de vibraciones. Se genera a la vez energía eléctrica, mecánica y térmica (cogeneración). Algunos motores con mucha potencia trabajan con temperaturas de 600ºC a 900ºC. Hoy en día el motor tiene pocas aplicaciones comerciales y muchos proyectos deinvestigación.
La ejecución del ciclo Stirling requiere equipos con tecnología avanzada. Los motores Stirling reales, incluso el patentado originalmente por Robert Stirling, son muy pesados y complicados. Este sistema se compone de un cilindro con dos émbolos a los lados y un regenerador en medio. El regenerador puede ser una malla de alambre o cerámica o cualquier tipo de tapón poroso con una alta masatérmica que se emplea para el almacenamiento temporal de energía térmica. La masa del fluido de trabajo contenida dentro del regenerador en cualquier instante se considera insignificante5. Para ilustrar esto, muestra un diagrama del funcionamiento de un motor real Stirling:














Resumiendo, durante el proceso 1-2 se añade calor al gas a TH desde una fuente a TH. Cuando el gas se expandeisotérmicamente, el émbolo de la izquierda se mueve hacia fuera, efectúa trabajo y la presión del gas disminuye. Durante el proceso 2-3 los dos émbolos se mueven hacia la derecha a la misma velocidad (para mantener el volumen constante) hasta que todo el gas es introducido en la cámara derecha. Durante el proceso 3-4 el émbolo de la derecha se mueve hacia dentro y comprime el gas, se transfiere...