Ciclo de Stirling (GIE)

De Laplace

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.

1. Indique gráficamente como sería en un diagrama pV.
2. Calcule el trabajo y el calor que entran en el sistema en cada uno de los cuatro pasos.
3. 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

4. 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

        

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

5 Ciclo con regeneración