Engineering
Mecanismo Stirling
Arranca un motor Stirling beta con la cabeza caliente a 650 K y el espacio frío a 300 K: el desplazador pasa el aire de uno a otro, el pistón de trabajo un cuarto de vuelta detrás recoge el trabajo, y la presión sigue la ley de Schmidt M R / (Vh/Th + Vc/Tc + Vr/Tr). Lee el trabajo del ciclo contra la fórmula cerrada de Schmidt y el calor recibido y cedido contra el rendimiento de Carnot; carga el freno hasta que el motor se pare; enfría la cabeza caliente y mira cómo se reduce el trabajo; pon ambos extremos a la misma temperatura y el volante se detiene. Cambia el ángulo de fase y encuentra los noventa y pocos grados que dan más trabajo. El trabajo del gas se contabiliza contra volante, fricción y freno.
Qué ocurre
Un motor Stirling beta en la idealización de Schmidt: el desplazador pasa 100 cm³ de aire entre un espacio caliente a 650 K y uno frío a 300 K, el pistón de trabajo de 50 cm³ va 90° retrasado, el regenerador está a la temperatura media logarítmica, cada espacio es isotermo, de modo que la presión es M·R/(V_h/T_h + V_c/T_c + V_r/T_r) a cada ángulo de manivela y el par (p − p_charge)·dV_p/dθ. La manivela lleva un volante de 0,02 kg·m² contra fricción y freno; RK4 a 0,1 ms, las integrales de ciclo p·dV por Simpson en cada paso. El trabajo del ciclo se compara con la fórmula de Schmidt, el calor recibido y cedido da el rendimiento de Carnot, y el trabajo del gas iguala volante, fricción y freno salvo redondeo.
Qué probar
Lee el trabajo del ciclo contra la fórmula de Schmidt y el rendimiento contra Carnot; carga el freno hasta pararlo; enfría la cabeza caliente; iguala las dos temperaturas y mira cómo se detiene; prueba otros ángulos de fase.
El modelo y sus límites
Espacios isotermos y regenerador perfecto (idealización de Schmidt), volúmenes sinusoidales, sin pérdidas de flujo, fugas ni intercambio en el espacio muerto. Trabajo y rendimiento son los del ciclo ideal.
Ecuaciones del módulo
Ecuaciones p = M·R/(V_h/T_h + V_c/T_c + V_r/T_r), T_r = (T_h − T_c)/ln(T_h/T_c) V_h = V_dh + ½V_D·(1 + cos θ), V_p = ½V_P·(1 + cos(θ − φ)) W = −½V_P·M·R·sin(β − φ)·(2π/B)·(1 − S/√(S² − B²)) η = W/Q_h ≤ 1 − T_c/T_h
