Modelización térmica, termodinámica y experimentación de un motor Ericsson de aire caliente en ciclo de Joule

Abstract

Con el agotamiento de los recursos naturales, en particular, las fuentes de energías fósiles, las energías renovables se consideran de nuevo como una alternativa real para la transición energética de los países industrializados. Los motores a contribución de calor externa como el Stirling y su “primo” el motor Ericsson pueden valorizar múltiples fuentes - renovables o no de energía térmica. El motor Ericsson se adapta así especialmente bien para la conversión de la energía solar o la biomasa en electricidad en aplicaciones microcogeneración. Esta tesis se inscribe en la continuación de los trabajos teóricos y experimentales sobre el motor Ericsson realizados al LaTEP de la Universidad de Pau y los Países del Adour. En este trabajo, principalmente nos interesamos por las transferencias térmicas entre el fluido de trabajo y las paredes de los cilindros de compresión y expansiòn del motor. Un primer modelo, global, permitió determinar en qué condiciones estas transferencias térmicas pueden mejorar los resultados del sistema energético en cuestión. Un segundo modelo, ` intracycle', permitió evaluar las transferencias térmicas instantáneas en los cilindros a partir de las correlaciones habitualmente utilizadas en los motores a combustión interna. El prototipo de motor Ericsson se equipó entonces de distintos captadores de presión y temperaturas, dado que se constituyó estos últimos de microtermocuplas. Las relaciones de temperatura instantánea en el cilindro de compresión se presentan comentados y comparados a los resultados obtenidos por el modelo “intracycle”.

Abstract. With exhaustion of natural resources, in particular the fossil energy sources, renewable energies are again regarded as a real alternative for the needed energy transition of the industrialized countries. The “hot aire Engines like the Stirling motor and his “primo” the Ericsson motor, borde utiliza múltiple termal sources - renewable ahora bien not -. The Ericsson engine is thus particularly well adapted for solar or biomass energy conversion in electricity or for microcogeneration purposes. This thesis is a continuation of the theoretical and experimental work on the Ericsson engine realized in theLaTEP of the University of Pau (Francia). In this work, we are mainly interested in the - in-cylinder - heat transfer between the working gas and the walls of the compression and expansion cylinders of the Ericsson engine. A first original model made possible to determine under which conditions these heat transfers can improve the performances of the energy system considered. A second model, “intracycle”, allowed to evaluate the instantaneous heat transfers in the cylinders starting from the correlations usually used in the internal combustion engines, reciprocating compressors and pneumatic springs. The Ericsson prototype was then equipped with various pressure and temperature gauges, the latter consisting of K-tipo microthermocouples of 25 and 12,5μm wires. The results of instantaneous temperature measurements in the compression cylinder are presented, commented and compared with the results obtained by the “intracycle” model.