Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE POTENCIA DE GAS
Energía
Fluido de trabajo
Regenerador
Energía
FIGURA 9-25
El regenerador es un dispositivo que
pide prestada la energía al fluido de
trabajo durante una parte del ciclo y
que se la paga (sin intereses) durante
otra parte.
de transferencia de calor. Es decir, los procesos de adición y de rechazo de calor
durante el ciclo deben suceder de modo isotérmico, uno a cierta temperatura de
T H y el otro a una temperatura de T L . Esto es precisamente lo que sucede en un
ciclo de Carnot.
Existen otros dos ciclos que implican un proceso de adición de calor isotérmico
a T H y un proceso de rechazo de calor isotérmico a T L : el ciclo Stirling
y el ciclo Ericsson. Éstos difieren del ciclo de Carnot en que los dos procesos
isentrópicos son sustituidos 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 (Fig. 9-25).
En la figura 9-26b) se muestran los diagramas T-s y P-v del ciclo Stirling, el
cual está integrado por cuatro procesos totalmente reversibles:
1-2 expansión a T constante (adición de calor de una fuente externa)
2-3 regeneración a v constante (transferencia de calor interna desde el
fluido de trabajo hacia el regenerador)
3-4 compresión a T constante (rechazo de calor a un sumidero
externo)
4-1 regeneración a v constante (nuevamente, transferencia de calor
interna desde un regenerador hacia el fluido de trabajo)
La ejecución del ciclo Stirling requiere equipos de tecnología avanzada. Los
motores Stirling reales, incluso el patentado originalmente por Robert Stirling,
son muy pesados y complicados. Para evitar al lector complejidades, la ejecución
del ciclo Stirling en un sistema cerrado se explica con la ayuda del motor
hipotético mostrado en la figura 9-27.
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
T
T
T
T H
q
1 entrada
2
T H
q entrada
1 2
T H
q entrada
1 2
s = const.
s = const.
v = const.
Regeneración
v = const.
P = const.
Regeneración
P = const.
4
q salida
3
T L
4
q salida
3
T L
4
q salida
3
s
s
s
T L
1
P
P
P
1
FIGURA 9-26
Diagramas T-s y P-v de los ciclos de
Carnot, Stirling y Ericsson.
T H = const.
q entrada
4 1
q
q entrada
entrada
2
4
2
4
q salida
q salida
3
q salida 3
3
T L = const.
TH = const. T H = const.
Regeneración
T L
= const.
T L
= const.
Regeneración
v v v
a) Ciclo de Carnot b) Ciclo Stirling c) Ciclo Ericsson
2