Ciclostirlingericsson

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 Ciclos Stirling yEricsson
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

S = constante

2

TL

qen

S = constante

1

TH

qen

4

qsal1

2
4

3

3
S

qsal
v



Dos procesos isotérmicos y dos procesos isentrópicos

Ciclo Stirling
1
P

qen

T
1

TH

qen

2

2
Regeneración

TL

4

4

3

qsal
S


qsal

3

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 internadel 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 calorespecífico),
puede ser una malla metálica o de
cerámica.
Masa de fluido dentro del Regenerador en
cualquier instante se considera despreciable
Fluido de Trabajo es un gas.



Proceso 1-2: Se añade calor al gas a T H 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 dosémbolos se mueven
hacia la derecha a la misma velocidad
(volumen constante), el gas es empujado
hacia la cámara derecha. Cuando el gas
pasa por el regenerador 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
dellado derecho es TL





Proceso 3-4: El émbolo de la derecha
se mueve hacia adentro y comprime
el gas. Transferencia de calor del gas
al 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 elregenerador 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 23 es igual a la cantidad tomada por
el gas en el proceso 4-1.

Ciclo Ericsson
qen

P

T
1

TH

2

4

1

qen

Regeneración

TL

4

3

qsal

qsal
S
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 ideal la diferencia de temperaturaentre las dos corrientes no excede una
cantidad diferencial dT. La corriente de fluido
fría sale del intercambiador de calor a la
temperatura de entrada de la corriente
caliente.

Ciclo Ericsson

Eficiencia de los ciclos
Stirling y Ericsson


Los ciclos Stirling y Ericcson son
totalmente reversibles, como el ciclo
Carnot; por lo tanto, de acuerdo con el
principio de Carnot, los tres ciclos...