Ciclos diesel ericcson y stirling

Universidad Nacional Autónoma de México
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Facultad de Ingeniería
Termodinámica Aplicada
Ciclos Diesel, Stirling y Ericsson
profe: M.I. Rodolfo Herrera Toledo
Equipo:
González Alcalá Sinuhé
Miñon Velásquez Eduardo
Romero Rosas Daniel
Vazquez Orduña Erick
7-octubre-2009
CICLO STRIRLING
El ciclo Stirling es un ciclo termodinámico delmotor Stirling que busca obtener el máximo rendimiento. Por ello, es semejante al ciclo de Sadi Carnot. A diferencia de la máquina de Carnot, (la cual logra la mayor eficiencia) esta máquina está constituida por dos adiabáticas reversibles y dos isocoras. Existe también una máquina similar según el ciclo Ericsson, la cual consta de dos adiabáticas reversibles y dos isobaras.
El ciclo teórico deStirling consta de las 4 etapas: 2 transformaciones isocoras en las que el gas de trabajo pasa a través de un regenerador absorbiendo o cediendo calor, y 2 transformaciones isotermas, en las que el gas está en contacto con una fuente caliente o una fría, a Tc y a Tf respectivamente. El ciclo se muestra a continuación en un diagrama P-V. Veamos cada una de las etapas.
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1-2:Compresión isoterma del gas a la temperatura inferior, Tf. Durante este proceso se cede al exterior una cantidad de calor, Qf, a la fuente fría.
2-3: Absorción de calor a volumen constante. El gas absorbe del regenerador una cantidad de calor Qrg y aumenta su temperatura, lo que provoca un aumento de presión.
3-4: Expansión isoterma del gas a alta temperatura, Tc. Durante este proceso se absorbe unacantidad de calor Qc de la fuente caliente.
4-1: Cesión de una cantidad de calor Qrg al regenerador a volumen constante, disminuyendo la temperatura del fluido.
Un sistema que realiza el ciclo Stirling está formado por un cilindro, un pistón de trabajo y un pistón de desplazamiento con un regenerador que divide al sistema en dos zonas, una zona caliente a Tc y una zona fría a Tf.ecuaciones para obtener su eficiencia
Supongamos que el fluido de trabajo es un gas perfecto. De acuerdo al Segundo Principio, el rendimiento del ciclo será:
n = 1 - *qced**/**Q*abs
Lo cual se puede escribir como:
n = (Qc + Q' - Q*f** + **Q''**)/(**Q*c + Q')
Ahora bien, es fácil demostrar que Q' = -Q'' en magnitud (solo de signos opuestos) en el caso de un gas perfecto, pues se trata decalentamientos o enfriamientos a volumen constante entre las mismas dos temperaturas, es decir:
Q' = Cv(_T__c_ - Tf) = - Q'' = - Cv(_T__f_ - Tc)
Por lo tanto en el numerador Q' y Q'' se anulan, así que el rendimiento queda como:
n = (Qc - Q*f**)/(**Q*c + Q')
Ahora bien, vemos que si el regenerador funciona, se logra recuperar el calor Q'' para que sirva como Q'. Además, solo en el primerciclo será necesario aportar el calor externo Q'. De allí en adelante se recupera en forma interna, por lo tanto el rendimiento queda como:
n = (Qc - Q*f**)/(**Q*c)
Como la evolución 1-2 es isotérmica a Tf, se tiene que:
*Qf** = R'**T*f ln(p*2**/**p*1) ==> -Q*f** = R'**T*f ln(p*1**/**p*2)
Y
*Qc** = R'**T*c ln(p*4**/**p*3)
De donde:
n = [R'*Tc** ln(**p*4/p*3**) - **Q*f =R'T*f** ln(**p*1/p*2**)]/[R'**T*c ln(p*4**/**p*3)]
Es fácil demostrar que:
(*p4**/**p*3) = (p*1**/**p*2)
En efecto:
pV = R'T ==> (p*4**/**p*3) = (p*1**/**p*2) = V*min**/**V*max
(Esto toma en cuenta las isotérmicas)
Por lo tanto:
n = 1 - *Tf**/**T*c
que es el rendimiento de Carnot.
Por consiguiente, si el regenerador es 100% eficiente, el motor Stirling tiene el potencial dealcanzar el rendimiento de Carnot.
_aplicaciones del motor _Stirling:
En este párrafo solo nos referiremos a ejemplos de uso y diseño del Motor Stirling. Las aplicaciones las podemos dividir en al menos cuatro etapas:
Aplicaciones Antiguas: comprenden desde la invención del motor Stirling hasta inicios de este siglo, en que fue una cierta competencia a la máquina a vapor.
Época de IIª...