Ciclos stirling y ericsson

Termodinámica Aplicada

Trabajo # 3

Ciclos Stirling y Ericsson

Profesor: Sánchez Cifuentes Augusto

Ciclos Stirling y Ericsson
Existen dos ciclos que implican un proceso de adición de calor isotérmico a TH y un proceso de rechazo de calor isotérmico a TL que son el ciclo Stirling y el ciclo Ericsson. Estos difieren del ciclo de Carnot en que los dos procesos isentrópicos sonsustituidos por dos de regeneración a volumen constante en el ciclo Stirling, y por dos de regeneración a presión constante en el ciclo Ericsson. Ambos ciclos utilizan regeneración, un proceso en el que se transfiere calor hacia un dispositivo de almacenamiento de energía térmica (llamado regenerador) durante una parte del ciclo y se transfiere de nuevo hacia el fluido de trabajo durante otra.
Elregenerador es un dispositivo que pide prestada la energía al fluido de trabajo durante una parte del ciclo y que se la paga durante otra parte.
En la siguiente figura se muestran los diagramas T-s y P-v del ciclo Stirling, del ciclo de Carnot y del ciclo Ericsson.
El ciclo Stirling está integrado por cuatro procesos totalmente reversibles:
1-2 expansión a temperatura constante (adición de calor de unafuente externa)
2-3 regeneración a volumen constante (transferencia de calor interna desde el fluido de trabajo hacia el regenerador)
3-4 compresión a temperatura constante (rechazo de calor a un sumidero externo)
4-1 regeneración a volumen constante (transferencia de calor interna desde un regenerador hacia el fluido de trabajo)
La ejecución del ciclo Stirling requiere equipos de tecnologíaavanzada. Los motores Stirling reales, incluso el patentado originalmente por Robert Stirling, son muy pesados y complicados.
La ejecución del ciclo Stirling en un sistema cerrado se explica con el siguiente motor:
Este sistema se compone de un cilindro con dos émbolos a los lados y un regenerador en medio. El regenerador puede ser una malla de alambre o cerámica o cualquier tipo de tapó porosocon una alta masa térmica, que se emplea para el almacenamiento temporal de energía térmica. La masa del fluido de trabajo contenida dentro del regenerador en cualquier instante se considera insignificante.
Inicialmente, la cámara izquierda alberga todo el fluido de trabajo (un gas) que se encuentra a alta temperatura y presión. Durante el proceso 1-2 se añade calor al gas a TH desde una fuente aTH. Cuando el gas se expande isotérmicamente, el émbolo de la izquierda se mueve hacia fuera, efectúa trabajo y la presión del gas disminuye. Durante el proceso 2-3 los dos émbolos se mueven hacia la derecha a la misma velocidad (para mantener el volumen constante) hasta que todo el gas es introducido en la cámara derecha. Cuando el gas pasa por el regenerador se transfiere calor al regenerador yla temperatura del gas disminuye de TH a TL. Para que este proceso de transferencia de calor sea reversible, la diferencia de temperatura entre el gas y el regenerador no debe exceder una cantidad diferencial dT en cualquier punto. Así, la temperatura del regenerador será TH en el extremo izquierdo del mismo y TL en el derecho cuando se alcanza el estado 3. Durante el proceso 3-4 el émbolo de laderecha se mueve hacia dentro y comprime el gas, se transfiere calor del gas al sumidero a temperatura TL, por lo que la temperatura del gas permanece constante en TL mientas aumenta la presión. Y por último, durante el proceso 4-1, ambos émbolos se mueven hacia la izquierda a la misma velocidad (para mantener el volumen constante) y empuja a todo el gas hacia la cámara izquierda. La temperaturadel gas aumenta de TL a TH cuando pasa por el regenerador y toma la energía térmica almacenada ahí durante el proceso 2-3; y así se completa el ciclo.
El ciclo Ericsson es muy similar al Stirling, salvo en que los dos procesos a volumen constante se sustituye por otros dos a presión constante.
En la siguiente figura se muestra un sistema de flujo estacionario que opera en un ciclo Ericsson. Aquí...