Ciclos Stirling y Ericsson

Ciclos Stirling y Ericsson
Ciclos Reversibles con Regeneración

Condición necesaria para ciclos Reversibles


La diferencia de temperatura entre el fluido de trabajo y la fuente o sumidero de energía térmica nunca debe exceder una cantidad diferencial de temperatura, dT durante cualquier proceso de transferencia de calor. (Procesos Isotérmicos a TL y TH) → Carnot



Los CiclosStirling y Ericsson difieren del ciclo de Carnot en que los procesos isentrópicos son reemplazados por procesos de regeneración

Regeneración


Proceso durante el cual se transfiere calor a un dispositivo, llamado Regenerador, durante una parte del ciclo y se transfiere de nuevo al fluido de trabajo durante otra parte del ciclo.

Ciclo Carnot
P
T TH 1

1
TH = e nt ta ns co

qen

2S = constante

S = constante

qen
2

4
TL =c on st a nte

TL

4

qsal

3

3

qsal
S

v


Dos procesos isotérmicos y dos procesos isentrópicos

Ciclo Stirling
1

qen
T TH
co ns ta nt e

P
2

qen
TH = e nt ta ns co

1

co ns ta nt e

2
Re ge ne rac ión

Regeneración

v

=

TL

v

=

4

3

4
TL =c on sta nt e

qsal
S


qsal3

Dos procesos isotérmicos y regeneración a volumen constante.

Ciclo Stirling








1-2 Expansión a T = constante (adición de calor de una fuente externa) 2-3 Pregeneración a v = cosntante (transferencia de calor interna del fluido de trabajo al regenerador) 3-4 Compresión a T = constante (rechazo de calor en un sumidero externo) 4-1 Regeneración a v = constante(transferencia de calor interna de un regenerador de nuevo al fluido de trabajo)

Ciclo Stirling








Sistema de cilindro con dos émbolos a los lados y un regenerador en medio. El regenerador es un tapón poroso con alta masa térmica (masa por calor específico), puede ser una malla metálica o de cerámica. Masa de fluido dentro del Regenerador en cualquier instante se considera despreciableFluido de Trabajo es un gas.



Proceso 1-2: Se añade calor al gas a TH de una fuente a TH. El gas se expande isotérmicamente (el embolo de la izquierda se mueve hacia afuera), efectúa trabajo y la presión del gas disminuye. Proceso 2-3: Los dos émbolos se mueven hacia la derecha a la misma velocidad (volumen constante), el gas es empujado hacia la cámara derecha. Cuando el gas pasa por elregenerador se transfiere calor al regenerador y el gas disminuye temperatura de TH a TL (diferencia de temperatura entre el gas y regenerador no debe ser mayor de dT). Temperatura del Regenerador del lado izquierdo es TH y la temperatura del fluido del lado derecho es TL







Proceso 3-4: El émbolo de la derecha se mueve hacia adentro y comprime el gas. Transferencia de calor del gasal sumidero a TL, mientras aumenta la presión. Proceso 4-1: Los dos émbolos se mueven hacia la izquierda a velocidad constante para mantener el volumen constante y empujan el gas hacia la cámara izquierda. La temperatura del gas aumenta de TL a TH al pasar por el regenerador y toma la energía térmica almacenada anteriormente en el proceso 2-3 y se da por completo el ciclo.

Corolario


Transferencia neta de calor al regenerador es cero. La cantidad de calor almacenada por el regenerador durante el proceso 2-3 es igual a la cantidad tomada por el gas en el proceso 4-1.

Ciclo Ericsson
qen
T TH
co ns t an te
P

1

2
4
TL =

1

qen
TH

co ns ta nt e

ta cons

= e nt ta ns co
Re ge ne rac ión

P

Regeneración

=

nte

TL

4

3

P

=qsal
S


qsal

3

2

v

Dos procesos isotérmicos y regeneración a presión constante.

Ciclo Ericsson






Los procesos de expansión y compresión isotérmicos se llevan a cabo en la turbina y el compresor como se muestra en la figura siguiente. El regenerador es un intercambiador de calor de contraflujo. La transferencia de calor sucede entre las dos corrientes En el caso...