Ciclo de Stirling (GIE)
De Laplace
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| + | : '''A→B''' Se comprime el gas de forma isoterma, hasta que se reduce su volumen a 50 cm³. Esto corresponde a un tramo de hipérbola correspondiente a la temperatura indicada. | ||
| + | : '''B→C''' Se calienta el gas hasta una temperatura de 450 K, manteniendo fijado su volumen. Gráficamente, es una línea vertical entre las dos isotermas. | ||
| + | : '''C→D''' Se expande el gas a temperatura constante hasta que vuelve a su volumen inicial. Otro arco de hipérbola ahora recorrido hacia volúmenes crecientes. | ||
| + | : '''D→A''' Se enfría el gas manteniendo constante su volumen hasta que su temperatura vuelve a ser la inicial. Es un tramo vertical hacia abajo, cerrando el ciclo. | ||
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==Trabajo y calor== | ==Trabajo y calor== | ||
Revisión de 16:51 27 mar 2012
Contenido |
1 Enunciado
Un Ciclo de Stirling ideal, sin regeneración, está formado por los siguientes pasos:
Inicialmente tenemos 500 cm³ de aire a 300 K y 100 kPa (estado A)
- A→B Se comprime el gas de forma isoterma, hasta que se reduce su volumen a 50 cm³
- B→C Se calienta el gas hasta una temperatura de 450 K, manteniendo fijado su volumen.
- C→D Se expande el gas a temperatura constante hasta que vuelve a su volumen inicial.
- D→A Se enfría el gas manteniendo constante su volumen hasta que su temperatura vuelve a ser la inicial
Para este ciclo.
- Indique gráficamente como sería en un diagrama pV.
- Calcule el trabajo y el calor que entran en el sistema en cada uno de los cuatro pasos.
- Calcule el rendimiento del ciclo.
En un ciclo de Stirling con regeneración, el calor liberado en el proceso D\→A no se pierde sino que se emplea para efectuar el calentamiento en B→C
- Calcule el rendimiento del ciclo de Stirling con regeneración. ¿Es mayor o menor que el de una máquina de Carnot que opere entre las mismas temperaturas?
2 Representación gráfica
El proceso se compone de cuatro pasos, cuya representación gráfica en un diagrama pV es la siguiente:
- A→B Se comprime el gas de forma isoterma, hasta que se reduce su volumen a 50 cm³. Esto corresponde a un tramo de hipérbola correspondiente a la temperatura indicada.
- B→C Se calienta el gas hasta una temperatura de 450 K, manteniendo fijado su volumen. Gráficamente, es una línea vertical entre las dos isotermas.
- C→D Se expande el gas a temperatura constante hasta que vuelve a su volumen inicial. Otro arco de hipérbola ahora recorrido hacia volúmenes crecientes.
- D→A Se enfría el gas manteniendo constante su volumen hasta que su temperatura vuelve a ser la inicial. Es un tramo vertical hacia abajo, cerrando el ciclo.
3 Trabajo y calor
4 Rendimiento
En este proceso se absorbe calor en al calentamiento isócoro y la expansión isoterma, y se cede en los otros dos procesos. El valor neto del calor absorbido es
y del cedido
de forma que el rendimiento es
siendo r la relación de compresión.
Podemos comprobar que este rendimiento es siempre menor que el de una máquina reversible que opere entre estas dos temperaturas
siendo la diferencia
