Este documento explica los principales ciclos termodinámicos, incluyendo los ciclos de Carnot, Otto, Diesel, Brayton, Rankine y el ciclo combinado de gas-vapor. Cada ciclo consiste en cuatro procesos principales como compresión, calentamiento, expansión y enfriamiento.

1. Análisis exergético de un
sistema
Termodinámica II
Unidad 2
Armando Peña Solís
Matricula: ES1821007048
Agosto 2019
División: Ciencias de la Salud, Biológicas y Ambientales
Grupo: ER-ETER-1902-B1-002

2. Ciclo de Carnot
Este se ciclo está conformado de 4 procesos.
1. Primero existe una expansión isotérmica en el proceso 1-2, que produce un suministro de calor y
un trabajo por el sistema.
2. En el proceso 2-3 existe una expansión adiabática que igualmente produce un trabajo.
3. En el proceso 3-4, se realiza un trabajo sobre el sistema comprimiéndolo isotérmicamente.
4. Por último, en el 4-1, se realiza un trabajo sobre el sistema comprimiéndolo y regresando al
estado inicial para comenzar el ciclo nuevamente.

3. Ciclo de Otto
En primer lugar tenemos una compresión adiabática (isentrópica) en el proceso 1-2, en el que no existe suficiente
tiempo para una transferencia de calor entre el cilindro y el medio.
1. Después en el proceso 2-3 existe una transferencia de calor a volumen constante desde una fuente externa,
lo cual es propio de un proceso isócoro.
2. Después en el 3-4 existe una expansión adiabática debido al incremento de temperatura y presión del gas
por causa de la combustión con chispa.
3. Por último, existe una liberación de calor isocora cuando se abre la válvula de escape, permitiendo la salida
de los productos de la combustión.
4. Los procesos 1-0 y 0-1 en la figura, se omiten, ya que se anulan mutuamente

4. Ciclo de Diesel
1. Primero, al igual que en el ciclo de Otto, tenemos una compresión adiabática en el proceso
1-2.
2. Después en el proceso 2-3 hay un suministro de calor a presión constante correspondiente a
un proceso isobárico. En este motor, no existe chispa, sino autoignición de la mezcla
combustible-aire.
3. Esto lleva a una expansión adiabática en el proceso 3-4 similar a la del ciclo de Otto y
4. por último, una liberación de calor isocora en el proceso 4-1.

5. Ciclo de Brayton
Este es un motor de turbina de gas que al igual que los anteriores, cuyo ciclo, al igual que los anteriores,
consiste en 4 procesos.
1. En el proceso 1-2 existe una compresión adiabática debido a la inyección de aire al compresor.
2. Después en el proceso 2-3 existe un suministro isobárico debido a al flujo de aire y combustible a presión
constante en el combustor.
3. Los productos de la combustión producen una expansión adiabática en el proceso 3-4 que no permite el
intercambio de calor por su rapidez.
4. Por último, en el 4-1, existe una liberación de calor isobárica en la que el aire pasa a una cámara de
presión constante donde existe intercambio de calor con el medio para el inicio de un nuevo ciclo.

6. Ciclo de Rankine
1. Este ciclo de vapor consiste un proceso 1-2 en el que existe una compresión adiabática en la que el
liquido saturado es bombeado hacia la caldera obteniendo una presión elevada.
2. Después existe un proceso 2-3 isobárico en el que hay un suministro de calor a presión constante a la
caldera, lo cual provoca que el liquido se convierta en vapor.
3. Después existe una expansión adiabática (3-4) en la que la expansión rápida del vapor en la turbina
no permite el intercambio de calor.
4. Por último, existe un flujo de calor desde el escape de la turbina hasta el agua fría en la que el
vapor cambia su estado nuevamente. Esto último corresponde a una liberación isobárica en el
proceso 4-1.

7. Ciclo combinado de gas-vapor
En este ciclo consiste en el acoplamiento de dos sistemas de
potencia. En este ciclo se utiliza una turbina de gas y una turbina de
vapor, que, a diferentes temperaturas, operan para producir
trabajo. La temperatura del flujo de la turbina de gas corresponde
aproximadamente a la temperatura de admisión de una turbina de
vapor. Por tanto, se puede acoplar ambos ciclos para producir un
trabajo.

8. El mejor Ciclo
• Realmente considero que la eficacia de un ciclo u otro depende del uso y
aplicación que se le dé. El motor de Otto y el motor Diesel han comprobado ser
los mejores para el uso de vehículos. Los dos ciclos son muy similares en su
funcionamiento. Desde mi perspectiva, el ciclo de Diesel es el mejor ciclo para
automóviles, ya que es el que produce más ahorro de combustible al no contar
con un sistema de ignición por chispa. Este ciclo aprovecha los mismos
principios de la termodinámica que el motor de Otto, pero lo considero más
ingenioso al aprovechar la relación entre la presión y temperatura para producir
el trabajo del motor.
• Para la producción de electricidad, considero que el mejor y más eficiente es el
ciclo combinado de gas-vapor, y por lo tanto también el más utilizado. Las
centrales térmicas aprovechan este ciclo para producir electricidad por medio
de la combinación de dos sistemas. Una turbina de vapor y otra de gas.
Considero que este ciclo también es ingenioso al aprovechar el acople de dos
sistemas para lograr una mayor eficacia aprovechando no solo el trabajo
mecánico de un gas, sino su calor para producir otro trabajo con el vapor.

9. Responde las siguientes preguntas:
• • ¿Qué es un ciclo de refrigeración?
• Un ciclo de refrigeración es un sistema que aprovecha los gases o sustancias que se
presentan en dos fases para producir un trabajo. El ciclo consiste para remover
calor de manera continua de un espacio con respeto a su medio de manera que este
se conserve en una temperatura baja. Esto se hace a través del flujo de un líquido
refrigerante a través del sistema que transfiere el calor de un espacio a otro.
•
• • ¿Qué propiedades debe tener un refrigerante?
• Para su rendimiento termodinámico, el factor más importante a considerar es el su
calor latente de condensación a temperatura de refrigeración. Este debe ser alto ya
que esto indica su capacidad de absorber el calor. También se busca que la presión
de saturación a la temperatura de operación sea baja. Por último, se consideran los
aspectos económicos del refrigerante (rendimiento, costos de producción, etc.),
aspectos de seguridad como su inflamabilidad y se considera si el refrigerante es o
no un contaminante nocivo al medio ambiente.

10. Responde las siguientes preguntas:
• Explica el ciclo de Carnot inverso.
En un ciclo de Carnot se busca determinar la cantidad calor que mediante un proceso puede ser
convertida en trabajo de manera efectiva. Inversamente en un ciclo de refrigeración lo que se
busca es determinar la cantidad de trabajo que se requiere para extraer calor. Esto se puede
estudiar a partir del Ciclo de Carnot inverso.
Este, como el ciclo de Carnot, consiste en 4 procesos:
1. En primer lugar, tenemos un proceso adiabático reversible en la que el refrigerante pasa
por un compresor que lo lleva a un estado de vapor sobrecalentado.
2. De aquí el refrigerante es puesto en contacto con una fuente externa en la que este libera
el calor. Esto corresponde a una liberación isotérmica reversible de calor.
3. Una válvula de estrangulamiento provoca una expansión que provoca que el refrigerante
quede a temperatura mayor al espacio del que se extrae calor.
4. Por último, se le suministra calor al refrigerante provocando que este pase de estado de
vapor a vapor saturado. Esto es conocido como un suministro isotérmico reversible de calor.

11. Responde las siguientes preguntas:
• Explica el ciclo de refrigeración de Brayton.
Este al igual que el ciclo de Carnot es un ciclo para sistemas de
refrigeración.
1. El gas refrigerante a temperatura menor a la de la fuente fría es
comprimido por un compresor elevando su presión y su temperatura.
2. El gas se traslada a un intercambiador de calor en el que libera calor
hacia una fuente caliente. El gas es enfriado a presión constante.
3. El gas se expande en una turbina y disminuye su temperatura debajo
de la de la fuente fría.
4. El gas se traslada a un intercambiador de calor y el gas se expande a
presión constante hasta alcanzar una temperatura cercana a de la de
la fuente caliente.

12. Responde las siguientes preguntas:
• ¿Qué es una bomba de calor?
La bomba de calor tiene la función inversa al sistema refrigerante.
Su función es mantener la temperatura de un espacio por encima a
la de su medio. Sin embargo, su función es análoga a la de los
sistemas refrigerantes. Lo que varía son las temperaturas que
operan en el sistema. Este dispositivo es utilizado tanto en espacios
habitacionales o laborales (bomba de calor de compresión de
vapor), como en procesos industriales (bomba de calor por
absorción).

13. Referencias
• Referencias
• ambientum. (2019). Ciclos termodinámicos. Obtenido de ambientum:
https://www.ambientum.com/enciclopedia_medioambiental/energia/ci
clos_termodinamicos.asp
• Instituto de Física da USP. (2012). CICLOS TERMODINAMICOS. Obtenido
de Departamento de Física Aplicada: http://fap.if.usp.br/~vvuolo/A%20-
%20HOME%20-
%20Fisica/F%C3%ADsica%20do%20Calor/Textos%20e%20Listas/Tema%2002.
%20Ciclos%20termodinamicos.pdf
• UnADM. (2019). Ciclos termodinámicos. En UnADM, Termodinámica 2
(págs. 5-65). Ciudad de México: División Ciencias de la Salud, Biológicas
y Ambientales.