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1. CICLOS DE MAQUINAS TERMICAS DE VAPOR
INTRODUCCION
La conversión de la energía es un proceso que tiene lugar en la biosfera. Sin
embargo, los seres humanos a lo largo de su historia hemos inventado diversos
artefactos que posibilitan también la conversión energética. La eficiencia con que
esta transformación se produce está directamente relacionada con la proporción
entre su forma final y su forma inicial y también depende de las leyes físicas y
químicas que gobiernan la conversión.
En los procesos termodinámicos, las máquinas o motores térmicos convierten
energía térmica en energía mecánica o viceversa. Según la teoría termodinámica,
ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia superior a la del proceso
reversible de Carnot, denominado también ciclo de Carnot.
Una serie de ciclos termodinámicos se han implementado en la práctica:
 El ciclo Bryton, que consiste en turbinas de vapor y motores de reacción.
 El ciclo Otto, ampliamente utilizado en el sector de la automoción.
 El ciclo Diesel, muy utilizado en navegación marítima, ferrocarriles y
automóviles.
 El ciclo Sterling, muy parecido al ciclo ideal de Carnot, y que suele
utilizar aire u otro gas como fluido de trabajo. Este ciclo también se
emplea en el bombeo solar de agua.
 El ciclo Ericsson, que utiliza aire caliente como fluido de trabajo y que
está específicamente pensado para aplicaciones solares.

2.  El ciclo Rankine.
Todos estos métodos precisan de equipos específicos para cada tipo y en ellos se
enmarcan los motores de uso generalizado en automoción, de amplia utilización.
RENDIMIENTOP TERMICO
El rendimiento térmico o eficiencia de una máquina térmica es un coeficiente o
ratio adimensional calculado como el cociente de la energía producida (en un ciclo de
funcionamiento) y la energía suministrada a la máquina (para que logre completar el ciclo
termodinámico). Se designa con la letra griega ηter:
ηter:=Eproducida/Esuministrada=Esalida/Eentrada
Dependiendo del tipo de máquina térmica, la transferencia de estas energías se realizará
en forma de calor, Q, o de trabajo, W.
RELACION DE TRABAJO
La energía térmica también es capaz de producir un trabajo mecánico. La conversión
inversa (conversión de energía mecánica en calor) es aún más frecuente. ... Cada
vez que se realiza un trabajo mecánico, una parte se transforma en energía térmica: es la
energía que se pierde por rozamiento.
CICLO DE CARNOT

3. El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico que se produce en un equipo o máquina
cuando trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de una fuente de mayor temperatura
y cediendo un calor Q2 a la de menor temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior.
El rendimiento de este ciclo viene definido por
y, como se verá adelante, es mayor que el producido por cualquier máquina que funcione
cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura. Una máquina térmica que realiza
este ciclo se denomina máquina de Carnot.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede
invertirse y la máquina absorbería calor de la fuente fría y cedería calor a la fuente
caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es
extraer calor de la fuente fría (para mantenerla fría) se denomina máquina frigorífica, y si
es ceder calor a la fuente caliente, bomba de calor.
CICLO RANKINE
El 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
de un 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 surge como una mejora del Ciclo de Carnot al buscar tener una mejor relación de
trabajo (trabajo útil respecto del trabajo total).
Proceso
El ciclo Rankine es un ciclo de potencia representativo del proceso termodinámico que
tiene lugar en una central térmica de vapor. Utiliza un fluido de trabajo que
alternativamente evapora y condensa, típicamente agua (existen otros tipos de sustancias
que pueden ser utilizados, como en los ciclos Rankine orgánicos). Mediante la quema de
un combustible, el vapor de agua es producido en una caldera a alta presión para luego
ser llevado a una turbina donde se expande para generar trabajo mecánico en su eje (este
eje, solidariamente unido al de un generador eléctrico, es el que generará la electricidad en
la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un
condensador, equipo donde el vapor condenso y cambia al estado líquido (habitualmente
el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente del mar, de un río
o de un lago). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en
fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera
el ciclo.
Existen algunas mejoras al ciclo descrito que permiten mejorar su eficiencia, como por
ejemplo sobrecalentamiento del vapor a la entrada de la turbina, recalentamiento entre
etapas de turbina o regeneración del agua de alimentación a caldera.
Existen también centrales alimentadas mediante energía solar térmica (centrales
termosolares), en cuyo caso la caldera es sustituida por un campo de colectores cilindro-
parabólicos o un sistema de helióstatos y torre. Además, este tipo de centrales poseen un
sistema de almacenamiento térmico, habitualmente de sales fundidas. El resto del ciclo,
así como de los equipos que lo implementan, serían los mismos que se utilizan en una
central térmica de vapor convencional.
CICLO RANKINE 2

4. El diagrama T-s (temperatura y entropía) de un ciclo Rankine ideal está formado por cuatro
procesos: dos isoentrópicos y dos isobáricos. La bomba y la turbina son los equipos que
operan según procesos isoentrópicos (adiabáticos e internamente reversibles). La caldera
y el condensador operan sin pérdidas de carga y por tanto sin caídas de presión. Los
estados principales del ciclo quedan definidos por los números del 1 al 4 en el diagrama T -
s (1: vapor sobrecalentado; 2: mezcla bifásica de título elevado o vapor húmedo; 3: líquido
saturado; 4: líquido subenfriado). Los procesos que tenemos son los siguientes para el
ciclo ideal (procesos internamente reversibles):
Proceso 1-2: Expansión isoentrópica del fluido de trabajo en la turbina desde la presión de
la caldera hasta la presión del condensador. Se realiza en una turbina de vapor y se
genera potencia en el eje de la misma.