MOTOR STIRLING
El principio de funcionamiento es el trabajo realizado por la expansión y contracción de un gas (normalmente helio, hidrógeno, nitrógeno o simplemente aire) al ser obligado a seguir un ciclo de enfriamiento en un foco frío, con lo cual se contrae, y de calentamiento en un foco caliente, con lo cual se expande. Es decir su movimiento obedece a las diferencias de presión de aire, entre la porción más caliente y la fría.
CONCEPTOS FÍSICOS:
Los conceptos físicos fundamentales son aquellos que aparecen en toda teoría física de la materia, y son interpretables solo en virtud de la teoría física donde aparece.
Energía:
La energía se define como la capacidad para realizar un trabajo o ejercer una fuerza sobre un cuerpo; también es una magnitud física que se presenta bajo diversas formas, está involucrada en todos los procesos de cambio de estado físico. Por lo tanto, todo cuerpo es capaz de poseer energía. "La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma".
Fuerza:
La fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas . Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los cuerpos materiales.
Velocidad:
La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa la distancia recorrida por un objeto por unidad de tiempo. Pero además del tiempo, para definir la velocidad de desplazamiento de un cuerpo, será preciso tener en cuenta también la dirección y el sentido del mencionado desplazamiento.
Aceleración:
La aceleración es una magnitud vectorial que nos indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. La aceleración es grande si la velocidad de un cuerpo varía bruscamente y es pequeña si la velocidad varía poco a poco; la aceleración es cero si la velocidad es constante y es negativa si la velocidad disminuye.
Presión:
La presión es una magnitud física escalar que mide la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.
Temperatura:
La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia. Es una propiedad de la materia que está relacionada con la sensación de calor o frío que se siente en contacto con ella.
Densidad:
La densidad es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado.
Trabajo:
El trabajo es una magnitud física escalar, que se define como un tránsito de energía. El trabajo que realiza una fuerza sobre un cuerpo equivale a la energía necesaria para desplazar este cuerpo. Se representa con la letra W (Work).
Potencia:
La potencia es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo. Puede asociarse a la velocidad de un cambio de energía dentro de un sistema, o al tiempo que demora la concreción de un trabajo.
Termodinámica:
La termodinámica es la rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico y estudia el calor y su transformación en energía mecánica. La base de la termodinámica es la conservación de la energía ya que esta fluye espontáneamente desde lo más caliente a lo frío y no a la inversa.
Movimiento Circular:
El movimiento circular (también llamado movimiento circunferencial) es el que se basa en un eje de giro y radio constantes, por lo cual la trayectoria es una circunferencia. Si además, la velocidad de giro es constante, se produce el movimiento circular uniforme, que es un caso particular de movimiento circular, con radio y centro fijos y velocidad angular constante.
Energía Cinética:
La energía cinética de un cuerpo es aquella energía que posee debido a su movimiento. Se define como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada. Una vez conseguida esta energía durante la aceleración, el cuerpo mantiene su energía cinética salvo que cambie su velocidad. Para que el cuerpo regrese a su estado de reposo se requiere un trabajo negativo de la misma magnitud que su energía cinética.
ECUACIONES GENERALES:
La definición de rendimiento para una máquina térmica es:
El trabajo neto será el debido a la expansión y compresión isotérmicas, puesto que durante los procesos isocóricos no se realiza trabajo. Para un gas ideal se calcula como:
donde y son los volúmenes mínimo y máximo que se alcanzan, y
, las temperaturas de las fuentes caliente y fría respectivamente.
Definiendo la relación de compresión como y aplicando propiedades
del logaritmo, se reduce a .
