Ciclos De Maquinas Termicas Que Funcionan Con Gas

X.- CICLOS DE MAQUINAS TÉRMICAS
QUE FUNCIONAN CON GAS
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X.1.- CICLO DE CARNOT
El rendimiento del ciclo de Carnot es:

η=

T1 - T2
T
V
V
= 1 - 2 = 1 - ( B ) γ -1 = ε = A
T1
T1
VA
VB

= 1 - ( 1 )γ -1
ε

en la que ε es la relación de compresión adiabática.
Si se quiere que un motor que funcione con éste ciclo tenga un buen rendimiento, es necesarioque la
relación de compresión ε sea grande, lo que implica construir cilindros grandes, por lo que se aumentaría
el peso del motor; por otro lado interesa que el trabajo obtenido sea máximo, para un motor de peso dado.
Para un motor que funcionase según el ciclo de Carnot, la relación anterior es pequeña y aunque desde
un punto de vista meramente termodinámico es un ciclo de rendimiento máximo,el motor real que se intentase construir para que funcionase con éste ciclo, sería prácticamente imposible de conseguir dadas
las dificultades técnicas que se encontrarían en su realización.
X.2.- CICLOS DE IGUAL RENDIMIENTO AL DE CARNOT
CICLO STIRLING.- Es el único ciclo de fluido perfecto que se ha podido aplicar a un motor y utilizar
a nivel industrial (1960). Este ciclo está constituidopor dos isotermas y dos isócoras; el rendimiento de
este ciclo es máximo, igual al del ciclo de Carnot entre las mismas temperaturas extremas T1 proporcionada por un foco caliente y T2 que puede ser la del aire ambiente o la de cualquier otro medio de refrigeración. Durante el funcionamiento es necesario que el fluido ceda calor a un regenerador durante una
fracción del recorrido de la expansiónpara recuperar este calor durante una fracción del recorrido de
compresión.
Para realizar el ciclo, Fig X.1, se utiliza una máquina con dos pistones desplazándose dentro del mismo cilindro; una pared porosa separaría las dos mitades del cilindro.
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Fig X.1.- Ciclo y esquemas de un motor de aire caliente Stirling

Principio mecánico.- En el cilindro hay dos pistones distintos, uno D(pistón caliente) y otro P
(pistón frío), que conforman y delimitan en el transcurso de sus movimientos respectivos, dos volúmenes variables VE y VC ; el volumen correspondiente a la cámara caliente VE está comprendido entre la
culata caliente del cilindro y el pistón caliente D y el correspondiente a la cámara fría VC que se refrigera
lateralmente está comprendido entre el pistón caliente D yel pistón frío P. Estas cámaras están comunicadas entre sí libre y permanentemente, mediante un conducto que atraviesa el regenerador R, (intercambiador de calor).
La razón por la que no se llegaría a alcanzar el rendimiento del ciclo de Carnot estriba en la dificultad
de realizar prácticamente las transformaciones isotermas que lleva consigo el ciclo Stirling.
En un ciclo real habría quecomunicar a los pistones un movimiento senoidal de igual pulsación w
pero desfasados un determinado ángulo ϕ; la variación de los volúmenes VE y VC se podría realizar en
forma continua, obteniéndose el movimiento de los pistones mediante un sistema de bielas romboidal.
Funcionamiento del motor.- El funcionamiento teórico del ciclo correspondiente al esquema de
motor de la Fig X.2, se puede realizaren la siguiente forma:

Fig X.2.- Esquema del funcionamiento de la máquina Stirling

Primer tiempo.- En la primera operación se parte del estado inicial A definido por pA, VA, T2. Se comprime el gas de VA a VB a temperatura constante T2 dejando inmóvil el pistón caliente, realizándose la
compresión por medio del pistón frío (primer tiempo); para que esta operación se haga a temperaturaconstante se precisa de un recuperador que permita extraer calor a medida que éste se vaya generando.
Segundo tiempo.- Una vez se ha llegado al estado B sobre el diagrama se pasa al estado C desplazándose los dos pistones simultáneamente hacia arriba; el calor necesario se toma a T1 del foco caliente
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(segundo tiempo).
Tercer tiempo.- En el tiempo siguiente se efectúa una expansión...