Ciclo Ericsson

Representação de um motor Ericsson. Um fluido de trabalho gasoso frio entra no cilindro através de uma válvula na parte superior direita. O ar é comprimido pelo pistão (preto) quando este se move para cima. O ar comprimido é armazenado no tanque pneumático (esquerda). Uma válvula de duas vias (cinza) se move para baixo para permitir a passagem do ar pressurizado através do regenerador, onde ele é pré-aquecido. O ar entra então no espaço abaixo do pistão, que é aquecido externamente. O ar expande e realiza trabalho sobre o pistão quando este se move para cima. Depois da expansão, a válvula de duas vias se move para cima, fechando o tanque e abrindo a porta de escape. Enquanto o pistão se move novamente para baixo, ar quente é empurrado de volta através do regenerador, recuperando a maior parte do calor antes de sair da porta de escape (esquerda) como ar frio.

O Ciclo Ericsson é um ciclo termodinâmico ideal composto por quatro processos reversíveis, sendo duas transformações isotérmicas e duas transformações isobáricas. Esse ciclo descreve o funcionamento teórico de um tipo de máquina térmica chamada de motor Ericsson. O Ciclo Ericsson possui similaridades com outros ciclos importantes, como o Ciclo Stirling e o Ciclo Brayton.

A modificação no Ciclo Brayton que faz com que seu comportamento se aproxime do Ciclo Ericsson é a utilização de múltiplos estágios de compressão e expansão . Diferentemente do Ciclo Brayton, que utiliza compressões e expansões adiabáticas, o Ciclo Ericsson usa compressões e expansões isotérmicas.

O Ciclo Ericsson, assim como o Ciclo Stirling, utiliza um regenerador. Os dois ciclos possuem eficiências térmicas iguais a do Ciclo de Carnot.

Visão geral

Os quatro processos que ocorrem durante o Ciclo Ericsson ideal são:

• Compressão isotérmica: O espaço de compressão está inter-resfriado para que o gás seja comprimido isotermicamente. O ar comprimido flui para um tanque de armazenamento a pressão constante. No ciclo ideal, não há transferência de calor através das paredes do tanque.
• Adição de calor isobárica: Do tanque, o ar comprimido flui através de um regenerador e ganha calor a uma alta pressão no caminho para um cilindro de energia aquecido.
• Expansão isotérmica: O cilindro de energia é aquecido externamente, e o gás expande isotermicamente.
• Remoção de calor isobárica: Antes de o ar ser liberado, ele passa novamente pelo regenerador, que resfria o ar a uma baixa pressão e é aquecido para o próximo ciclo.

O Ciclo Ericsson é o ciclo-limite, onde há um número infinito de estágios de reaquecimento e inter-resfriamento. Nesse processo, toda a adição de calor ocorre quando o fluido de trabalho estiver na temperatura mais alta e toda a remoção de calor ocorre quando ele estiver na temperatura mais baixa . Em aplicações reais, o limite econômico de estágios usados nas fases de reaquecimento e inter-resfriamento é dois ou três.

Cada inter-resfriador retorna o fluido de trabalho para a temperatura mais baixa, da entrada do primeiro estágio de compressão, e cada reaquecedor retorna o fluido de trabalho para a temperatura mais alta, da entrada do primeiro estágio de expansão. O regenerador faz com que o calor recebido na transformação isobárica a alta pressão seja obtido do calor rejeitado na transformação isobárica a baixa pressão.

Eficiência

A eficiência térmica do Ciclo Ericsson é a mesma de qualquer ciclo que opere adicionando calor a temperatura alta e liberando calor a temperatura baixa, já que se trata de um processo reversível e todo o calor é fornecido e retirado em transformações isotérmicas . Ela é dada pela seguinte fórmula:

$\eta = 1 - \frac{T_f}{T_q}$

Onde:

$T_f$ = Temperatura da entrada do primeiro estágio de compressão.

$T_q$ = Temperatura da entrada do primeiro estágio de expansão.

Ver também

• Ciclo de Carnot
• Ciclo Brayton
• Ciclo Stirling