Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
Los ciclos Stirling y Ericsson son totalmente reversibles, como el de Carnot;
por lo tanto, de acuerdo con el principio de Carnot, los tres ciclos tendrán la
misma eficiencia térmica cuando operen entre los mismos límites de temperatura:
h tér,Stirling h tér,Ericsson h tér,Carnot 1 T L
(9-14)
T H
Para el ciclo de Carnot, esto se demuestra en el ejemplo 9-1 y puede demostrarse
de manera similar tanto para el ciclo Stirling como para el Ericsson.
EJEMPLO 9-4 Eficiencia térmica del ciclo Ericsson
Con un gas ideal como fluido de trabajo demuestre que la eficiencia térmica
de un ciclo Ericsson es idéntica a la eficiencia de un ciclo de Carnot que
opera entre los mismos límites de temperatura.
Solución Se debe demostrar que las eficiencias térmicas de los ciclos de
Carnot y Ericsson son idénticas.
Análisis Durante el proceso 1-2, el calor es transferido hacia el fluido de
trabajo isotérmicamente desde una fuente externa a temperatura T H , y durante
el proceso 3-4 es rechazado también isotérmicamente a un sumidero externo
a temperatura T L . Para un proceso isotérmico reversible, la transferencia de
calor se relaciona con el cambio de entropía por
La entrada de calor y la salida de calor pueden expresarse como
q
T s
El cambio de entropía de un gas ideal durante un proceso isotérmico es
s c p ln T e 0
R ln P e
R ln P e
T i P i P i
y
q entrada T H 1s 2 s 1 2 T H a R ln P 2
P 1
b RT H ln P 1
P 2
q salida 1T L s 4 s 3 2 T L a R ln P 4
b RT L ln P 4
P 3 P 3
Entonces, la eficiencia térmica del ciclo Ericsson es
h tér,Ericsson 1 q salida
q entrada
1 RT L ln 1P 4 >P 3 2
RT H ln 1P 1 >P 2 2 1 T L
T H
puesto que P 1 P 4 y P 3 P 2 . Observe que este resultado es independiente
de si el ciclo se ejecuta en un sistema cerrado o de flujo estacionario.
Los ciclos Stirling y Ericsson son difíciles de llevar a cabo en la práctica porque
incluyen transferencia de calor debida a una diferencia diferencial de temperatura
en todos los componentes, incluyendo el regenerador. Esto requeriría
proporcionar áreas superficiales demasiado grandes para la transferencia de calor
o permitir un tiempo infinitamente largo para el proceso. Ninguno de los dos
aspectos es práctico. En realidad, todos los procesos de transferencia de calor
suceden debido a una diferencia finita de temperatura, el regenerador no tendrá
una eficiencia de 100 por ciento y las pérdidas de presión en el regenerador serán
considerables. Debido a estas limitaciones los ciclos Stirling y Ericsson han sido
durante mucho tiempo sólo de interés teórico. Sin embargo, hay un renovado