Investigacin Termodinmica IINombre: Danny Guzmn Paralelo: 1Resea histrica de Striling y Ericson y sus ciclos.Robert Stirling religioso e ingeniero ingls, nacido en Cloag (Escocia) el 25 de octubre de 1790 y muerto en 1878, al que se atribuye la invencin del motor de aire caliente, conocido tambin como motor Stirling.En las universidades de Glasgow y Edimburgo adquiri una amplia formacin que inclua latn, griego, Retrica, Metafsica y Matemticas. Accedi al presbiterato de Dunbarton en 1815 y fue ordenado sacerdote en 1816. Ese mismo ao, y en compaa de su hermano James, patent el motor de aire caliente y el regenerador de calor que lo haca viable. El motor stirling fue inventado pocos meses despus de ser nombrado ministro de la iglesia de Escocia a la edad de 25 aos. Hered de su padre el inters por la ingeniera y desarroll el motor debido a la preocupacin que la causaba las frecuentes explosiones de la mquina de vapor de principios de 1800 construida a base de hierro dulce, causando muertes o graves quemaduras a las personas cercanas, as en 1816 patent el motor de aire caliente junto con lo que l llam economizador de calor (hoy da llamado Regenerador), dispositivo para mejorar el rendimiento trmico y que diferencia este motor de otros inventos anteriores, este motor no explotaba a causa del vapor, ya que su medio de trabajo era aire a presin atmosfrica y por lo tanto mucho ms seguro.En 1819, contrajo matrimonio con Jane Rankine, hija mayor de un prspero comerciante de vinos de Galston. Cinco aos ms tarde, fue nombrado prroco de dicha ciudad. All, Robert continu desarrollando otros instrumentos cientficos relacionados con el motor de aire caliente, que patent bajo su nombre y el de su hermano. Por estos trabajos en 1840 la Universidad de St. Andrew le concedi el grado de Doctor honoris causa. Jhon Ericsson, naci el 31 de julio de 1803 en Lngbanshyttan, Vrmland, (Suecia). A los 13 aos trabaj en la construccin del canal de Gta, importante obra de ingeniera sueca, junto con su hermano Nils, padre del ferrocarril sueco. Tras ejercer durante varios aos como oficial de la armada de su pas natal abandon dicha ocupacin y se dedic por completo a la actividad de inventor. Proyect una mquina de vapor (1826) e invent la propulsin a hlice para los buques (1936), gracias a la que fue posible sustituir las ruedas de la poca, especialmente vulnerables en el caso de los navos de guerra. En el ao 1829 construy un motor revolucionario que se coloc en la locomotora Novelty. En los Estados Unidos, dise la fragata Princeton, en la que instal un motor de hlice creado por l mismo. Ericsson aport a la guerra civil estadounidense el buque de guerra acorazado Monitor, que desempeara un papel de gran importancia durante la guerra de Secesin y marcara el inicio de la sustitucin de los buques de madera por navos acorazados. El buque dara nombre a todas las naves de su tipo. Falleci el 6 de marzo de 1889.Ciclo Stirling anlisis, descripciones y eficiencia del mismoEl ciclo del motor Stirling ideal es mostrado en la figura 1, mediante los diagramas pv y Ts. El diagrama Ts se ha modificado para incluir los efectos de la transferencia de calor a travs de una diferencia finita desde los focos trmicos y la regeneracin incompleta.

Como se observa, es necesaria una cantidad de calor adicional Qx3 desde el foco externo para desarrollar el proceso, debido a la regeneracin incompleta. De forma semejante, el calor no regenerado Qy1 est siendo rechazado hacia el foco fro. Adems, la friccin del gas al pasar a travs del regenerador es la causa de la mayora de las prdidas por friccin.El motor es analizado usando un modelo matemtico basado en la Primera Ley y la Segunda Ley de la Termodinmica para procesos con velocidad finita. La potencia neta de salida del motor Stirling ideal, es decir, sin prdidas y con regeneracin ideal, es:

Anlisis energtico de StirlingEl ciclo stirling terico slo desarrollar trabajo en los procesos isotrmicos. Sin embargo, viendo ms detenidamente en undiagramaT-s el mismo ciclo podemos darnos cuenta que el calor se transfiere en los cuatro procesos, segn el diagrama. Es aqu donde el regenerador es til ya que este absorber el calor que ingresa en el proceso 4-1 y lo entregar en el proceso 2-3 logrando una eficiencia comparada a la de Carnot en teora.

Calor entregado o absorbido por el regenerador en los procesos iscoros:Q = m h = 1 - (Qs / Qe)

Anlisis exergticoObservaremos la variacin de exerga en los procesos que involucran la transferencia de calor efectiva (procesos isotrmicos).La variacin de exerga en un proceso viene dada por la ecuacin:

Aqu se puede observar todos los elementos involucrados en los procesos que analizaremos, la variacin de exerga, la transferencia de exerga en el proceso (por transferencia de calor y por trabajo desarrollado) y la destruccin de exerga debido a irreversibilidades.Tericamente este ciclo alcanzar la eficiencia de Carnot lo cual querr decir que estar libre de irreversibilidad en ese caso as que:Como ya se conoce los procesos iscoros se han dejado de lado ya que bajo las condiciones mencionadas antes no es necesario y ahora es posible verlo.

No hay trabajo en estos ciclos y adems los otros trminos sern iguales y designoscontrarios por lo que en balance la suma de variacin de exerga en estos procesos es cero.En cuanto a los procesos isotermos se explicar mejor los resultados obtenidos cuando se toque un caso explcito de ciclo stirling.La eficiencia del ciclo stirling estar dada por la siguiente ecuacin:

Ciclo ericson anlisis, descripcin y comparacin con CarnotCiclo de Ericsson Ideal

La siguiente es una lista de los cuatro procesos que se producen entre las cuatro etapas del ciclo ideal Ericsson:Proceso 1 -> 2: compresin isotrmica. Se supone que el espacio de compresin a ser intercooler, por lo que el gas se somete a compresin isotrmica. El aire comprimido fluye hacia un tanque de almacenamiento a presin constante. En el ciclo ideal, no hay transferencia de calor a travs de las paredes del tanque.Proceso 2 -> 3: adicin de calor isobrico. Desde el depsito, el aire comprimido fluye a travs del regenerador y recoge el calor a una temperatura constante de presin alta en el camino a la potencia-cilindro calentado.Proceso 3 -> 4: expansin isotrmica. El poder-cilindro de expansin-espacio se calienta externamente, y el gas sufre una expansin isotrmica.Proceso 4 -> 1: la eliminacin del calor isobrico. Antes de que el aire se libera en forma de escape, que se pasa de nuevo a travs del regenerador, enfriando as el gas a una presin baja constante, y calentando el regenerador para el siguiente ciclo.Comparacin con ciclos Stirling y CarnotEl ciclo de Ericsson es a menudo comparado con el ciclo Stirling, ya que los diseos de motores basados en estos respectivos ciclos son los dos motores de combustin externa con regeneradores. El Ericsson es tal vez lo ms similar a la del tipo denominado "de doble efecto" de motor Stirling, en el que el pistn desplazador tambin acta como el pistn de potencia. Tericamente, estos dos ciclos por lo que han llamado la eficiencia ideal, que es el ms alto permitido por la segunda ley de la termodinmica. El ciclo ideal ms conocido es el ciclo de Carnot, aunque un motor de Carnot til no es conocido por haber sido inventado. Las eficiencias tericas de ambos, Ericsson y Stirling ciclos que actan en los mismos lmites son iguales a la eficiencia de Carnot mismos lmites.Una mquina reversible es una que puede operar en ambos sentidos, esto es, tanto como motor como como refrigerador. Esta mquina debe funcionar describiendo una serie de procesos cada uno de los cuales debe ser reversible (esto es, son procesos cuyo sentido de evolucin se puede invertir mediante un cambio infinitesimal de las condiciones del entorno).Eficiencias de los ciclos de Stirling y Ericsson con Carnot.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 tendrn la misma eficiencia trmica cuando operen entre los mismos lmites de Temperatura

Demostracin:Al fluido de trabajo se le aade calor isotrmicamente de una fuente externa de temperatura TH durante el proceso 1-2, y se rechaza tambin isotrmicamente en un sumidero externo a temperatura TL durante el proceso 3-4. En un proceso isotrmico reversible, la transferencia de calor se relaciona con el cambio de entropa mediante El cambio de entropa de un gas ideal durante un proceso isotrmico est dado por:

Como: Te = Ti y el logaritmo natural de 1 es cero,

El valor de la entrada de calor y de la salida de calor puede expresarse como:

De lo anterior la eficiencia del ciclo de Ericsson es

Debido a que P1 = P4 y P3 = P2 se tiene que:

MquinasEl concepto de mquina reversible, como el de proceso reversible, es una idealizacin. No existen mquinas reversibles en el mundo real, sino que deben considerarse como el lmite al que tienden mquinas irreversibles cada vez ms perfeccionadas.El ejemplo ms sencillo de mquina reversible es el de la mquina de Carnot, la cual opera segn unciclo de Carnotreversible. Cuando esta mquina se invierte se convierte en un refrigerador (o bomba de calor) de Carnot.El rendimiento de una mquina reversible es

Cuando esta mquina funciona como refrigerador, su coeficiente de desempeo es

mientras que si acta como bomba de calor ser

Entre los ciclos reversibles tenemos Ciclo de Carnot Ciclo de Stirling Ciclo Ericcson