El documento describe varios ciclos termodinámicos importantes como el ciclo de Carnot, ciclo de Rankine, ciclo de recalentamiento y ciclo de Brayton. El ciclo de Carnot es el más eficiente teóricamente y consiste en dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos. El ciclo de Rankine se usa comúnmente en centrales eléctricas y usa vapor como fluido de trabajo. El ciclo de Brayton modela el comportamiento de las turbinas de gas.

1. CICLOSTERMODINÁMICA
Abril Estefanía López Hernández
Mecatrónica 4º Sabatino

2. Índice
•Ciclo de Carnot
•Ciclo de Rankin
•Ciclo de recalentamiento
•Ciclo de Brayton
•Ciclos combinados
•Ciclo de gases (máquinas de combustión interna)
•Ciclo de Otto para motor de gasolina
•Ciclo de motor Diesel
•Ciclo Stirling

3. CICLO DE CARNOT
• El ciclo de motor térmico mas eficiente es el ciclo de Carnot, consistente en dos procesos
isotérmicos y dos procesos adiabático. El ciclo de Carnot se puede considerar como, el
ciclo de motor térmico mas eficiente permitido por las leyes físicas. Mientras que
la segunda ley de la termodinámica dice que no todo el calor suministrado a un motor
térmico, se puede usar para producir trabajo, la eficiencia de Carnot establece el valor
límite de la fracción de calor que se puede usar..
• El ciclo de Carnot se da cuando un elemento se encuentra en medio de dos fuentes de
calor, una de más alta temperatura que la otra, de tal manera que el elemento absorbe
calor de la fuente más elevada y cede calor a la fuente de menor temperatura,
produciendo un trabajo en el exterior.
•
• Este ciclo consta de dos etapas dos que se dan a temperatura constante(Isotérmicos) y
dos adiabáticos en los que no se da ningún cambio de temperatura (no absorbe ni cede).
Este proceso se indica como una transformación bitérmica.
• El rendimiento del ciclo se puede describir como:

4. Entropía y el Ciclo de Carnot
• Usando juntas estas dos expresiones
• Si tomamos Q para representar el calor añadido al sistema, entonces el calor tomado del
sistema tendrá un valor negativo. Para el ciclo de Carnot
que se puede generalizar como una integral alrededor de un ciclo reversible
• Para cualquier parte del ciclo de motor térmico, se puede usar esto para definir el cambio
en la entropía S del sistema o en forma diferencial en cualquier punto del
ciclo
• Para cualquier proceso irreversible, la eficiencia es menor que la del ciclo de Carnot. Esto se
puede asociar con un menor flujo de calor hacia el sistema y/o mas flujo de calor hacia
fuera del sistema. El resultado inevitable es
• Cualquier ciclo de motor real se traducirá en más entropía entregada al medio ambiente
que tomada de él, dando lugar a un aumento neto total de la entropía.

6. DESCRIPCIÓN DEL CICLO
•En cuanto a la energía interna esta es cero.
•El trabajo va a estar determinado por:
•Los trabajos en las transformaciones adiabáticas son iguales y opuestos.
•En cuanto al calor, en el proceso relacionado con la isoterma T1 un elemento absorbe calor se la
fuente de mayor temperatura, en el caso del proceso relacionado con la isoterma T2 el elemento cede
calor a la fuente de menor temperatura.
•Para el caso donde se absorbe temperatura tenemos que:
•En primer lugar tenemos un gas comprimido adiabáticamente, inicialmente el cilindro-pistón está en
contacto con una base térmicamente aislada, luego el gas sufre una expansión isotérmica de tal
manera que comienza a absorber calor y recibiendo una energía Qc de la fuente de más elevada
temperatura.
Seguidamente el gas se expande adiabáticamente de tal manera que la temperatura va disminuyendo
debido a la transferencia de calor que se da entre en cilindro-pistón y la fuente de menor temperatura.
Finalmente el sistema vuelve a sus condiciones iniciales después de haber cedido energía a la fuente de
menor temperatura.
A continuación encontramos gráficamente este proceso.

7. • En el caso del ciclo de Carnot en la
central termoeléctrica se da en el
momento en que el agua que es
introducida en la caldera comienza a
evaporarse por medio de la
transferencia de calor de un combustible
que está siendo quemado, esta sería la
fuente de temperatura más elevada. En
este proceso la temperatura d la fuente
será constante y la presión del vapor en
el ciclo también lo será. Enseguida el
vapor pasa de la caldera a una turbina
donde se expande (adiabáticamente) y
produce un trabajo, aquí la temperatura
y la presión disminuyen y a medida que
va pasando al condensador el vapor va
cediendo temperatura a la fuente de
menor temperatura que en el caso de las
termoeléctrica es viento o agua de
menor temperatura y este vapor
condensado convertido en líquido de
nuevo tiene las condiciones iniciales
para repetir nuevamente el proceso.
Ventajas: rendimiento máximo,
convierte la máxima energía térmica en
trabajo mecanico
Desventajas: el agua erosiona y daña
el sistema, es difícil lograr un
compresor con estas caracteeristicas

8. CICLO DE RANKINE
• Es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en
trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier
otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica del
ideal Ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos (límite máximo
que impone el Segundo Principio de la Termodinámica). Debe su nombre a su
desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine
• El ciclo Rankine opera con vapor, y es el utilizado en las centrales termoeléctricas.
Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del
vapor, que se hace incidir sobre los álabes de una turbina, donde pierde presión
produciendo energía cinética. Prosigue el ciclo hacia un condensador donde el
fluido se licúa, para posteriormente introducirlo en una bomba que de nuevo
aumentará la presión, y ser de nuevo introducido en la caldera.

9. Dentro de la campana, el fluido se está evaporando, y las isotermas son
horizontales. Esto es así porqué dada una presión, el calor que se le
aporta al fluido no se emplea en elevar la temperatura, sino en su
evaporación
El rendimiento ideal de este ciclo tiene es el mismo que el ciclo de
Carnot, aunque no alcanza valores tan elevados

10. •PROCESO
• En la transformación 1-2 aumenta la presión del líquido sin pérdidas de calor, por medio de un
compresor, con aportación de un trabajo mecánico externo.
• En la transformación 2-3 se aporta calor al fluido a presión constante en una caldera, con lo
que se evapora todo el líquido elevándose la temperatura del vapor al máximo.
• La transformación 3-4 es una expansión adiabática, con lo que el vapor a alta presión realiza un
trabajo en la turbina.
• La transformación 4-1consiste en refrigerar el fluido vaporizado a presión constante en el
condensador hasta volver a convertirlo en líquido, y comenzar de nuevo el ciclo.
• Precalentamiento del agua comprimida 4-5 aprovechando el calor de los gases que salen por la
chimenea de la caldera. Con esto no se aumenta el área del diagrama, pero se reduce el calor
que hay que introducir al ciclo.
• Recalentamiento del vapor que ha pasado por la turbina 5-6 haciéndolo pasar por la caldera y
después por otra turbina de baja presión.

11. • Aumentar eficiencia termodinámica de
un ciclo ideal de Rankine
• Reducción de la presión del condensador
La desventaja es que la humedad del
vapor empieza a aumentar ocasionando
erosión en los alabes de la turbina.
• Aumentar la presión de la caldera para
una temperatura fija. La desventaja es la
humedad excesiva que aparece.
• Sobrecalentar la temperatura de entrada
de la turbina. Este aumento de la
temperatura está limitado por los
materiales a soportar altas temperaturas.
• Recalentamientos intermedios del vapor,
escalonando su expansión
• Realizar extracciones de vapor en la
turbina, no suele superar las 7,
Fluido ideal para un ciclo de Rankine
•Alta valor del calor latente de vaporización a
la temperatura a que ocurre la vaporización.
•Bajo valor de la capacidad calorífica del
líquido.
•Temperatura crítica superior a la
temperatura de funcionamiento más alta.
•Tener un valor de presión de vapor superior
a la presión atmosférica para las
temperaturas inferiores de funcionamiento.
•Bajo valor del volumen específico a las
temperaturas inferiores de funcionamiento.
•Estar en estado líquido a la presión
atmosférica y a la temperatura ambiente.
•Poca variación de la Entropía con la presión.
•Alto valor de conductividad térmica.
•Ser barato, estable, abundante, no
inflamable, no explosivo, no corrosivo y no
venenoso.
No existe una sustancia que cumpla todos los
requisitos enumerados anteriormente. El
agua es el fluido normalmente utilizado en los
ciclos de potencia debido a que es barata y
abundante

12. Ventajas: Aumenta el trabajo entregado a la turbina, reducción de la presión del
condensador, aumenta la presión de la caldera para una temperatura fija y
recalentamientos intermedios del vapor
Desventajas: es difícil comprimir isoentropicamente una mezcla con 2 fases y el
proceso de condensación tendría que controlarse con mucha precisión para lograr al
final las características deseadas

13. Ciclo de recalentamiento
• La eficiencia del ciclo Rankine puede incrementarse también aumentando la presión
de operación en la caldera. Sin embargo, un aumento en la presión de operación de la
caldera origina un mayor grado de humedad en los últimos pasos de la turbina. Este
problema puede solucionarse haciendo uso de recalentamiento, en donde el vapor a
alta presión procedente de la caldera se expande solo parcialmente en una parte de
la turbina, para volver a ser recalentado en la caldera. Posteriormente, el vapor
retorna a la turbina, en donde se expande hasta la presión del condensador.
• El ciclo Rankine con recalentamiento puede ayudar a elevar mínimamente la
eficiencia del ciclo, pero se usa para alargar el tiempo de vida de la turbina.
Idealmente podríamos usar una cantidad infinita de recalentamientos para continuar
elevando la eficiencia pero en la practica solo se usan dos o tres, ya que la ganancia
de trabajos es muy pequeña.
• Intenta aproximarse a la eficiencia del ciclo de Carnot adicionando calor en
incrementos al máximo nivel de temperatura posible.
• El vapor se expande libremente en una parte de la turbina y regresa al calentador, en
donde se recalienta y se expande otra vez a través de la turbina.

14. Un ciclo ideal con recalentamiento, y su correspondiente
diagrama temperatura-entropía aparece en la siguiente figura
Reduccion de la presión del condensador, aumenta la presión de la
caldera, sobrecalienta la temperatura de entrada de la turbina y la
expansión da lugar a los cuerpos de alta media y baja presión de
turbina.
Desventajas:el recalentamiento puede llegar a gastar mas energía del
trabajo producido

15. • El diagrama T-s del ciclo Rankine ideal con re calentamiento y el esquema de la central
eléctrica que opera en es te ciclo se muestran en la fi gura.
• El ciclo Rankine ideal con recalentamiento difiere del ciclo Rankine ideal simple en que el
proceso de expansión sucede en dos etapas. En la primera (la turbina de alta presión), el vapor
se expande isotrópicamente hasta una presión intermedia y regresa a la caldera donde se re
calienta a presión constante, por lo general hasta la temperatura de entrada de la turbina de la
primera etapa.
• Después, el vapor se expande isotrópicamente en la segunda etapa (turbina de baja presión)
hasta la presión del condensador. De modo que la entrada de calor total y la salida total de
trabajo de la turbina en un ciclo de recalentamiento vienen a ser:
La incorporación de un recalentamiento simple en una central eléctrica moderna
mejora la eficiencia del ciclo en 4 o 5 por ciento, ya que se incrementa la temperatura
promedio a la cual el calor se transfiere al vapor.

16. Ciclo de Brayton
• El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de gas,
como los utilizados en las aeronaves
• Un ciclo Brayton (o Joule) ideal modela el comportamiento de una turbina, como las
empleadas en las aeronaves. Este ciclo está formado por cuatro pasos reversibles
• . Las turbinas de gas de ciclo abierto simple utilizan una cámara de combustión
interna para suministrar calor al fluido de trabajo y las turbinas de gas de ciclo
cerrado simple utilizan un proceso de transferencia para agregar o remover calor del
fluido de trabajo.
• Al igual que en el ciclo Ranking, la eficiencia térmica del ciclo Brayton es la relación
entre el trabajo neto desarrollado y el calor adicionado:
• ηter = Wnet / qA
• La eficiencia térmica del ciclo Brayton para un gas ideal puede escribirse como:

17. • A diferencia del ciclo Ranking, el proceso de compresión para elevar la
presión en el ciclo Brayton requiere un gran consumo de energía y gran
parte del trabajo producido por la turbina es consumido por el compresor.
Cualquier pérdida de presión en la cámara de combustión y demás
componentes entre el compresor y la turbina debe compensarse con mayor
trabajo en el compresor.
• La eficiencia del compresor y la turbina juegan un papel muy importante,
debido a que eficiencias cercanas al 60% todo el trabajo producido por la
turbina será consumido por el compresor y por tanto la eficiencia global
sería cero.

18. Admisión
El aire frío a presión atmosférica entra por la boca de la turbina
Compresor
El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión
mediante un compresor. Puesto que esta fase es muy rápida, se
modela mediante una compresión adiabática A→B.
Cámara de combustión
El aire es calentado por la combustión del queroseno. Como la
cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que el
calentamiento se modela como un proceso isobaro B→C.
Turbina
El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el
aire se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe
mediante una expansión adiabática C →D.
Escape
Por último, el aire enfriado sale al exterior. En este modelo el aire de
salida simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la
boca ya frío. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento
a presión constante D→A.

19. El ciclo térmico que representa
esta máquina es el ciclo Brayton.
La máquina sigue un ciclo
abierto, puesto que se renueva
continuamente el fluido que pasa
a través de ella. El aire es
aspirado de la atmósfera y
comprimido para después pasar
a la cámara de combustión,
donde se mezcla con el
combustible y se produce la
ignición. Los gases calientes,
producto de la combustión, fluyen
a través de la turbina. Allí se
expansionan y mueven el eje,
que acciona el compresor de la
turbina y el alternador.
Ventajas: eficiencia térmica y trabajo neto
desventajas:requiere un gran consumo de energía y gran parte
deltrabajo producido por la turbina es consumido por el compresor, en
unporcentaje que puede estar entre 40% y 80%

20. Ciclos combinados
• La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera electricidad mediante la
utilización conjunta de dos turbinas:
• Un turbogrupo de gas
• Un turbogrupo de vapor
• Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se superponen
dos ciclos:
• El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la atmósfera y se somete a
un calentamiento y compresión para aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica.
• El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de calor con la
producción de trabajo o creación de energía a partir de vapor de agua.

21. Las ventajas que tiene son:
-Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta con el 45% de
la potencia máxima.
-Eficiencia elevada. proporciona mayor eficiencia por un margen más amplio de potencias.
-Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas convencionales.
-Coste de inversión bajo por MW instalado.
-Periodos de construcción cortos.
-Bajo consumo de agua de refrigeración.
-Ahorro energético en forma de combustible
La utilización de gas natural para la generación de electricidad mediante la
tecnología del ciclo combinado se encuentra dentro de la política
medioambiental de un gran número de países, ya que ofrece un gran número de
ventajas en comparación con el resto de tecnologías de producción eléctrica.
En concreto, las emisiones de CO 2 en relación a los kWh producidos son
menos de la mitad de las emisiones de una central convencional de carbón

22. Funcionamiento de una central de ciclo combinado
•En primer lugar el aire es comprimido a alta presión en el compresor, pasando a la cámara de
combustión donde se mezcla con el combustible.
•A continuación, los gases de combustión pasan por la turbina de gas donde se expansionan y su
energía calorífica se transforma en energía mecánica, transmitiéndolo al eje.
•Los gases que salen de la turbina de gas se llevan a una caldera de recuperación de calor para
producir vapor, a partir de este momento tenemos un ciclo agua-vapor convencional.
•A la salida de la turbina el vapor se condensa (transformándose nuevamente en agua) y vuelve a
la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.
•Actualmente la tendencia es acoplar la turbina de gas y la turbina de vapor a un mismo eje, de
manera que accionan conjuntamente un mismo generador eléctrico.

24. Partes fundamentales de una central de ciclo combinado
•Turbina de gas. Que consta de:
-Compresor, cuya función es inyectar el aire a presión para la combustión del
gas y la refrigeración de las zonas calientes.
-Cámara de combustión, donde se mezcla el gas natural (combustible) con el
aire a presión, produciendo la combustión.
-Turbina de gas, donde se produce la expansión de gases que provienen de la
cámara de combustión.
•Consta de tres o cuatro etapas de expansión y la temperatura de los gases en la
entrada está alrededor de 1.400ºC saliendo de la turbina a temperaturas superiores a
los 600ºC.
•Caldera de recuperación. En esta caldera convencional, el calor de los gases que
provienen de la turbina de gas se aprovecha en un ciclo de agua-vapor.
•Turbina de vapor. Esta turbina acostumbra a ser de tres cuerpos y está basada en la
tecnología convencional.
• Es muy habitual que la turbina de gas y la turbina de vapor se encuentren acopladas
a un mismo eje de manera que accionan un mismo generador eléctrico.

25. Ciclo de gases
• Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su nombre lo indica,
en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una
cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con
suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón

26. • Tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química
producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la
parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustión interna de cuatro
tipos: el motor cíclico Otto, el motor diesel, el motor rotatorio y la turbina de
combustión
• Una característica clave de los motores de combustión interna es que en cada ciclo
se aspira aire fresco, luego se adiciona el combustible y se quema en el interior del
motor. Luego los gases quemados son expulsados del sistema y se debe aspirar
nueva mezcla o aire. Por lo tanto se trata de un ciclo abierto.

28. • Este consta de las siguientes partes generales: Existe una presión mínima en el
sistema equivalente a pa.
• Desde 1 hasta 2 se realiza una compresión, en teoría adiabática sin roce.
• Entre 2 y 3 se realiza la combustión, con un aporte de calor Qabs.
• Entre 3 y 4 se realiza la expansión de los gases calientes. Normalmente es en esta
etapa donde se entrega la mayor parte del trabajo. Esta expansión es también, en
teoría, adiabática y sin roce.
• En 4 se botan los gases quemados a la atmósfera. El ciclo es realmente abierto,
pero se supone que se cierra entre 4 y 1, volviéndose el estado inicial. Se introduce,
por lo tanto, el concepto de Ciclo de aire equivalente. Esto significa que suponemos
que el ciclo lo describe solo aire, al cual lo hacemos pasar por una sucesión de
estados tal que se reproduce el ciclo real. Esto implica las siguientes suposiciones y
simplificaciones:
• Las propiedades del aire se suponen constantes para todo el ciclo (no varían ni Cp ni
Cv, aunque en el caso real sí lo hacen por variación de temperatura y porque en
parte del ciclo se trabaja con gases quemados).
• Se supone un sistema cerrado. Es decir, el aire está cerrado dentro del sistema y se
somete a las evoluciones equivalentes.
• Entre 2 y 3 se supone que se aporta calor externamente para lograr la evolución
equivalente.
• En forma análoga, entre 4 y 1 se supone que se enfría el aire en forma equivalente

29. • Una evolución clave en este ciclo genérico es la compresión de base 1-2. En efecto, ella es
característica de cada ciclo y es (relativamente) constante. En cambio en la operación real, la
cantidad de calor Qabs puede variar en forma importante, por lo tanto también varía la
evolución 3-4. Pero la compresión de base es relativamente estable. Se puede demostrar
fácilmente que el rendimiento de la compresión de base queda expresado por:

30. Ciclo de Otto para motor de
gasolina
• El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores de combustión
interna de encendido provocado (motores de gasolina). Inventado por Nicolaus Otto
en 1876. Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se
aporta a volumen constante.
• En total, el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas del pistón, razón por la
que se le llama motor de cuatro tiempos.
• En un motor real de explosión varios cilindros actúan simultáneamente, de forma
que la expansión de alguno de ellos realiza el trabajo de compresión de otros.

31. Las fases de operación de este motor son las siguientes:
•1-Admisión: El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de
mezcla en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante. En el diagrama
PV aparece como la línea recta E A.→
•2-Compresión: El pistón sube comprimiendo la mezcla, proceso es adiabático. Se modela como
la curva adiabática reversible A B, aunque no lo es por la fricción. Combustión: Con el pistón en→
su punto más alto, salta la chispa de la bujía. Calienta bruscamente el aire a volumen
prácticamente constante. Esto se representa por una isocora B C. Este paso es claramente→
irreversible, pero para el caso de un proceso isocora en un gas ideal el balance es el mismo que
en uno reversible.
•3-Expansión:La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre
él. Se aproxima por una curva adiabática reversible C D.→
•4-Escape: Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una
temperatura mayor que la inicial. Dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la
misma podemos suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfriamiento ocurre en
dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen permanece aproximadamente
constante y tenemos la isocora D A. Cuando el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la→
válvula abierta, empleamos la isobara A E, cerrando el ciclo.→

32. • En la ignición de la mezcla B C, una cierta→
cantidad de calor Qc (procedente de la
energía interna del combustible) se
transfiere al aire. Dado que el proceso
sucede a volumen constante, el calor
coincide con el aumento de la energía
interna
• • En la expulsión de los gases D A el aire→
sale a una temperatura mayor que a la
entrada, liberando posteriormente un calor
| Qf | al ambiente. En el modelo de
sistema cerrado, en el que nos imaginamos
que es el mismo aire el que se comprime
una y otra vez en el motor, modelamos
esto como que el calor | Qf | es liberado en
el proceso D A, por enfriamiento. El valor→
absoluto viene de que, siendo un calor que
sale del sistema al ambiente, su signo es
negativo. Su valor, análogamente al caso
anterior, es

33. • El árbol de manivela convierte el movimiento de vaivén del pistón en otro
de rotación. Durante dos revoluciones sólo hay un acto de trabajo, lo que
provoca vibraciones fuertes. Para reducir éstas, un motor normalmente
tiene varios cilindros, con las carreras de trabajo bien repartidas. En coches
corrientes hay motores de 4 cilindros, en los de lujo 6, 8, 12 o aún más
Ventajas: consume menos combustible, motor mas confiable y
tiene mejor torque
Desventajas: muy pesado, menos potencia

34. Ciclo de motor Diesel
• La combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la cámara
• Este aprovecha las propiedades químicas del gasóleo, comprime el aire hasta alcanzar una
temperatura superior a la auto ignición.
• El combustible es inyectado a presión en este aire caliente produciéndose:
• COMBUSTIÓN DE LA MEZCLA.
• Se diferencia del motor de ciclo Otto de gasolina, por el uso de una mayor compresión del
combustible para encenderlo, en vez de usar bujías de encendido

35. • En el motor diesel, el aire se
comprime adiabáticamente con una
proporción de compresión típica
entre 15 y 20. Esta compresión,
eleva la temperatura al valor de
encendido de la mezcla de
combustible que se forma,
inyectando gasoil una vez que el aire
está comprimido.
• El ciclo estándar de aire ideal, se
organiza como un proceso
adiabático reversible, seguido de un
proceso de combustión a presión
constante, luego una expansión
adiabática para una descarga de
potencia, y finalmente una expulsión
de humos isovolumétrica. Al final de
la expulsión de humos, se toma una
nueva carga de aire tal como se
indica en el proceso a-e-a del
diagrama.

36. • Características del motor diésel
• En la admisión como se produce aire
• Dispone de un sistema de inyección que introduce el combustible
pulverizado en la cámara de combustión
• La inyección se obtiene por contacto con el aire, que ha adquirido una alta
temperatura debido a la alta comprensión.
Ventajas: es su bajo consumo de combustible
Desventajas: la adopción de la precamara para los motores de
automoción

37. • Puesto que la compresión y la descarga de potencia de este ciclo idealizado son adiabáticos, se
puede calcular la eficiencia a partir de los procesos a presión y a volumen constantes. Las
energía de entrada y salida y la eficiencia, se pueden calcular a partir de las temperaturas y
calores específicos:
Es conveniente expresar
esta eficiencia en
términos de la relación
de compresión rC =
V1/V2 y la relación de
expansión rE = V1/V3.
La eficiencia se puede
escribir

38. Ciclo Stirling
• Se trata de un ciclo altamente ideal cuya realización práctica, incluso en forma
aproximada entraña serias dificultades. No obstante, en los últimos años ha
adquirido relevancia con el desarrollo de motores de Stirling, que funcionan de
manera aproximada según este ciclo.

39. Un ciclo de Stirling ideal se compone de cuatro procesos reversibles:
•Compresión isoterma A B→
El gas se comprime desde un volumen inicial VA hasta uno final VB, inferior,
manteniendo su temperatura constante en un valor T1 (a base de enfriar el gas de
forma continuada).
•Calentamiento a volumen constante B C→
El gas se calienta desde la temperatura T1 a la temperatura T2 manteniendo fijo su
volumen.
•Expansión isoterma C D→
El gas se expande mientras se le suministra calor de forma que su temperatura
permanece en su valor T2.
•Enfriamiento isócoro D A→
Se reduce la temperatura del gas de nuevo a su valor T1 en un proceso a volumen
constante

40. • Lo que hace especial al ciclo de Stirling es la presencia de un intercambiador de calor. En el
enfriamiento del gas, se pasa de la temperatura T2 a T1 liberando calor. En el calentamiento,
se pasa de T1 a T2, absorbiendo calor. Puesto que se pasa por las mismas temperaturas es
(teóricamente) posible aprovechar el calor liberado al enfriarse sin violar el segundo principio
de la termodinámica: el calor que se va liberando gradualmente en un punto del enfriamiento
se cede al punto a la misma temperatura en el calentamiento. Puesto que ambos puntos se
encuentran a la misma temperatura el proceso es reversible

41. • Rendimiento
• En este proceso se absorbe calor en al calentamiento isócoro y la expansión isoterma, y se
cede en los otros dos procesos. El valor neto del calor absorbido es
• y del cedido
• de forma que el rendimiento es
• siendo r la relación de compresión.
• Podemos comprobar que este rendimiento es siempre menor que el de una máquina
reversible que opere entre estas dos temperaturas
• siendo la diferencia

42. • Ventajas: El aporte de calor es externo, funciona con cualquier fuente
de calor, se puede usar un proceso de combustión continua, una
maquina Stirling usa un fluido de trabajo de una única fase, Se pueden
construir para un funcionamiento silencioso y sin consumo de aire para
propulsión de submarinos o en el espacio y son extremadamente
flexibles pudiéndose utilizar para cogeneración en invierno y como
refrigeración en verano.
• Desventajas: requieren intercambiadores de calor de entrada y salida,
aumentar la diferencia de temperatura o la presión permite motores
mas pequeños, la disipación de calor en el foco frío es complicada, el
Hidrogeno por su baja viscosidad, alto calor especifico y conductividad
térmica es el fluido de trabajo por excelencia en términos de
termodinámica y dinámica de fluidos. Sin embargo presenta problemas
de confinamiento y difusión a través de los metales.

43. Conclusion
• Con este curso de tedrmodinamica aprendimos sobre la obtención
de trabajo a partir de dos fuentes térmicas a distinta temperatura
se emplea para producir movimiento, como los motores o en los
alternadores empleados en la generación de energía eléctrica
• . Lo mas importante a tomar en cuenta es el rendimiento que
caracteriza a un ciclo termodinámico, y se define como el trabajo
obtenido dividido por el calor gastado en el proceso, en un mismo
tiempo de ciclo completo si el proceso es continuo.
• Si el rendimiento fuese perfecto todo el calor que se suministra se
podría transformar en calor, pero esto no es así ya que hay pérdidas
de calor.