ciclo para gases

Ciclo Stirling
El Motor Stirling fue inventado 1816 por Robert Stirling, reverendo de origen escocés. El
objetivo era tener un motor menos peligroso que la máquina de vapor.
El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un
gas (normalmente helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire) al ser obligado a seguir
un ciclo de enfriamiento en un focofrío, con lo cual se contrae, y de calentamiento en un
foco caliente, con lo cual se expande. Es decir, es necesaria la presencia de una diferencia
de temperaturas entre dos focos y se trata de un motor térmico.
Este motor continúa en investigación debido a la versatilidad de fuentes de energía
utilizables para su funcionamiento, ya que al necesitar solamente una fuente de calor
externa alcilindro, es posible usar una gran variedad de fuentes energéticas (energía solar
térmica, todo tipo de combustibles, uso de la biomasa, energía geotérmica, etcétera).
Hoy existe una variedad de artefactos que utilizan este principio, incluso algunos con base
acústica.
El ciclo Stirling es un ciclo termodinámico del motor Stirling que busca obtener el máximo
rendimiento. Por ello, es semejante alciclo de Sadi Carnot.
A diferencia de la máquina de Carnot, (la cual logra la mayor eficiencia teórica) esta
máquina está constituida por dos isotermas,dos isocoras y un sistema de regeneración entre
las isocoras.

Descripción del funcionamiento
El motor Stirling es el único capaz de aproximarse (teóricamente lo alcanza) al rendimiento
máximo teórico conocido como rendimiento de Carnot, porlo que, en lo que a rendimiento
de motores térmicos se refiere, es la mejor opción. Conviene advertir que no serviría como
motor de coche, porque aunque su rendimiento es superior, su potencia es inferior (a
igualdad de peso) y el rendimiento óptimo sólo se alcanza a velocidades bajas. El ciclo
teórico Stirling es inalcanzable en la práctica, y el ciclo Stirling real tendría un rendimientointrínsecamente inferior al del ciclo Otto, además el rendimiento del ciclo es sensible a la
temperatura exterior, por lo que su eficiencia es mayor en climas fríos como el invierno en
los países nórdicos, mientras tendría menos interés en climas como los de los países de
habla hispana, conservando siempre la ventaja de los motores de combustión externa de las
mínimas emisiones de gasescontaminantes, y la posibilidad de aceptar fuentes de calor sin
combustión.
Su ciclo de trabajo se conforma mediante 2 transformaciones isocóricas (calentamiento y
enfriamiento a volumen constante) y dos isotermas (compresión y expansión a temperatura
constante)

Existe un elemento adicional al motor, llamado regenerador, que, aunque no es
indispensable, permite alcanzar mayores rendimientos. Elregenerador es un intercambiador
de calor interno que tiene la función de absorber y ceder calor en las evoluciones a volumen
constante del ciclo. El regenerador consiste en un medio poroso con conductividad térmica
despreciable, que contiene un fluído. El regenerador divide al motor en dos zonas: una zona
caliente y otra zona fría. El fluido se desplaza de la zona caliente a la fría durantelos
diversos ciclos de trabajo, atravesando el regenerador.
Puede emplear 1, 2, 3 o más pistones.

Rendimiento del ciclo
La definición de rendimiento para una máquina térmica es:

El trabajo neto será el debido a la expansión y compresión isotérmicas, puesto que durante
los procesos isocóricos no se realiza trabajo. Para un gas ideal se calcula como

donde
y
son los volúmenes mínimo ymáximo que se alcanzan, y
,
las
temperaturas de las fuentes caliente y fría respectivamente. Definiendo la relación de
compresión como

y aplicando propiedades del logaritmo, se reduce a
.

El gas sólo absorbe calor durante dos etapas: el calentamiento a volumen constante y la
expansión isotérmica. Para un gas ideal esto representa
.
En la práctica es común el uso de regeneradores,...