Termo Ciclos

Ciclos Diesel, Stirling y Ericsson
INVESTIGACIÓN
Ciclos Stirling y Ericsson:
Los ciclos Otto y Diesel ideales están compuestos de procesos internamente reversibles y son por tanto ciclos internamente reversibles. Estos ciclos, sin embargo, no son totalmente reversibles, dado que involucran transferencia de calor a través de un diferencial finito de temperatura durante los procesos noisotérmicos de adición y rechazo de calor, que son siempre irreversibles. Sucede entonces que las eficiencias térmicas de un motor Diesel u Otto serán menores que la de un ciclo de Carnot operando entre los mismo límites de temperatura.
Para que una máquina térmica operando entre una fuente de calor a TH y un sumidero a TL sea totalmente reversible, la diferencia de temperaturas entre el fluido de trabajoy la fuente o el sumidero nunca debería exceder una cantidad diferencial dT durante cualquier proceso de transferencia de calor. Esto es, tanto la adición como el rechazo de calor deben suceder de forma isoterma, uno a temperatura TH y otro a la temperatura TL. Esto es precisamente lo que sucede en un ciclo de Carnot.
Existen otros dos ciclos que involucran una adición isoterma de calor en TH yun rechazo también isotermo en TL, el ciclo Stirling y el ciclo Ericsson. Difieren del ciclo de Carnot en que los dos procesos isentrópicos son reemplazados por dos procesos de regeneración a volumen constante en el ciclo Stirling y a presión constante en el ciclo Ericsson. Ambos ciclos usan la regeneración, un proceso en el cual el calor es transferido a un dispositivo de almacenamiento de energíatérmica (llamado regenerador) durante parte del ciclo y luego es trasferido de nuevo al fluido de trabajo durante otra parte del ciclo.
El ciclo Stirling está compuesto de cuatro procesos totalmente reversibles:

1-2 Expansión isoterma (adición de calor)
2-3 Regeneración a volumen constante (transferencia interna de calor del fluido de trabajo al regenerador)
3-4 Compresión isoterma (rechazode calor al sumidero)
4-1 Regeneración a volumen constante (transferencia de calor del regenerador al fluido de trabajo)

La ejecución del ciclo Stirling requiere de equipo relativamente innovador. Los motores Stirling verdaderos son pesados y complicados. Para simplificar las complicaciones al estudiante, el ciclo por lo general se explica con la figura anterior del pistón.
El cicloEricsson es muy parecido al ciclo Stirling, excepto que los dos procesos a volumen constante son reemplazados por procesos de presión constante.
Un sistema de flujo estable operando bajo un ciclo Ericsson puede verse como:
En éste, la expansión y compresión isotermas se llevan a cabo en un compresor y una turbina, respectivamente, y un intercambiador de calor de contraflujo sirve de regenerador. Lascorriente fría y caliente entran al regenerador desde posiciones opuestas, y la transferencia de calor tiene lugar entre los dos flujos. En una situación ideal, la diferencia de temperaturas entre los dos flujos no necesita ser mayor a un diferencial de temperatura en todo punto, y el flujo frio deja el intercambiador con la misma temperatura que la de entrada del flujo más caliente.
Tanto el cicloStirling como el Ericsson son totalmente reversibles, como lo es el ciclo de Carnot, y de acuerdo al principio de Carnot, deben de tener la misma eficiencia que éste último:
η1a=1-TLTH
Los ciclos Ericsson y Stirling son difíciles de conseguir en la práctica porque requieren de transferencia de calor a través de un diferencial de temperatura en todos los componentes incluyendo el regenerador.Esto requeriría tener superficies infinitamente extensas para la transferencia de calor o una cantidad infinita de tiempo para el proceso. Esto no es práctico ni realista. En la realidad, todos los procesos de transferencia de calor se llevan a cabo entre una diferencia finita de temperaturas, el regenerador no tiene una eficiencia del 100%, y existen otras ineficiencias que disminuyen la...