Los ciclos termodinámicos permiten convertir calor en trabajo mediante la interacción con dos fuentes térmicas a diferentes temperaturas. Los principales ciclos son el ciclo de Carnot, el ciclo de Brayton, el ciclo Stirling y el ciclo Rankine. Cada ciclo se compone de transformaciones termodinámicas como compresiones, expansiones, calentamientos y enfriamientos que permiten la obtención de trabajo a partir del calor.

1. CICLO TERMODINÁMICO
AUTOR:
Stiven Pérez
Exp: 201410099
Profesora:
María Rodríguez

2. CICLO TERMODINÁMICO
Los ciclos termodinámicos son aquellos procesos en los que un
sistema sufre una serie de transformaciones termodinámicas
partiendo de un estado inicial tras los cuales llegan a un estado
final que es igual al inicial.

3. CICLO TERMODINÁMICO
Su funcionamiento ciclo es el principio de cualquier
maquina térmica.
Para todo ciclo se cumple que:

4. CICLO TERMODINÁMICO
USOS PRÁCTICOS DE LOS SISTEMAS TERMODINÁMICOS
OBTENCIÓN DE TRABAJO
La obtención de trabajo a partir de dos fuentes térmicas a distinta
temperatura se emplea para producir movimiento, por ejemplo en
los motores o en los alternadores empleados en la generación de
energía eléctrica. El rendimiento es el principal parámetro 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.

5. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT

6. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
Se considera el ciclo básico en termodinámica para todos los motores
térmicos. Para ello:
•Suministra al motor energía en forma de calor a temperatura
elevada
•La acción del calor permite realizar un trabajo mecánico al
motor.
•El motor cede calor al foco de temperatura inferior.

7. CICLO TERMODINÁMICO
Este ciclo consta de cuatro etapas correspondientes con las transformaciones
termodinámicas básicas.
CICLO CARNOT

8. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
EXPANSIÓN ISOTERMICA
En este proceso inicialmente la temperatura del gas se mantiene constante
permaneciendo en equilibrio en el interior del cilindro. Al producirse la
expansión isotérmica entre 1 y 2 el sistema realiza un trabajo W positivo,
debido a que aumenta el volumen, comunicando energía al entorno.

9. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
EXPANSIÓN ADIABATICA
Debido a que el proceso es adiabático no hay transferencia de calor. El gas realiza
un trabajo llegando a elevar el embolo, para que el cilindro debe de estar aislado
térmicamente.

10. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
COMPRESION ISOTERMICA
En esta etapa es el pistón el que realiza el trabajo. Este es un
trabajo de compresión (negativo), por lo que se recibe energía del
entorno en forma de trabajo y se cede una energía equivalente en
forma de calor.

11. CICLO TERMODINÁMICO
COMPRESION ADIABATICA
Es la última etapa y en ella se alcanza los mismos valores del
principio pero sin transferencia de calor con el exterior.
CICLO CARNOT

12. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
LOS CICLOS TERMODINAMICOS PERMITEN:
•Convertir calor en trabajo por interacción con dos focos térmicos – maquinas o
motores térmicos. Se describen en sentido horario.

13. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
•Pasar calor de un foco frio a otro a mayor temperatura – frigoríficos
o bombas de calor. Se describen en sentido anti horario.
LOS CICLOS TERMODINAMICOS PERMITEN:

14. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
MOTOR O MAQUINA TERMICA
El ciclo se utiliza para convertir calor en trabajo. Por ello:
W>0, sentido horario

15. CICLO TERMODINÁMICO
MOTOR O MAQUINA TERMICA
El ciclo se utiliza para convertir calor en trabajo. Por ello:
W>0, sentido horario

16. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
MAQUINA FRIGORIFICA Y BOMBA DE CALOR

17. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO CARNOT
MAQUINA FRIGORIFICA Y BOMBA DE CALOR

18. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE BRAYTON

19. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE BRAYTON
Modela el comportamiento ideal de una turbina a gas
(normalmente aire)
Aunque es un ciclo de potencia de combustión interna abierto (los gases de
salida no se reutilizan normalmente), es conveniente, para el análisis
termodinámico, suponer que los gases de escape son reutilizados en el
ingreso, permitiendo el análisis como ciclo cerrado.

20. CICLO TERMODINÁMICO
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
CICLO DE BRAYTON

21. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE BRAYTON
REPRESENTACION TERMODINAMICA DEL CICLO
Es un motor térmico que produce trabajo por intercambio de calor con dos
focos, térmicos a distinta temperatura
El rendimiento viene dado por:

22. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE BRAYTON
ANALISIS TERMODINAMICO

23. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE BRAYTON
CALOR NETO EN EL CICLO

24. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE BRAYTON
TRABAJO EN EL CICLO

25. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO STIRLING

26. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO STIRLING
En este ciclo termodinámico el fluido evoluciona realizando dos
transformaciones isotérmicas y dos transformaciones isocoricas.
Uno de los principales motores utilizados en este ciclo es
el motor Stirling.

27. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO STIRLING
MOTORES STIRLING
El motor Stirling (1816) compitió en sus inicios con la máquina de vapor.
En los últimos años ha suscitado de nuevo interés porque:
•Su rendimiento puede, teóricamente, alcanzar el límite máximo de carnot.
•El fluido de trabajo opera en un ciclo cerrado con fuente de calor externa. Esto
hace que este motor sea, potencialmente, de muy bajo nivel de emisiones.
•Al utilizar una fuente de calor externa es adaptable a una gran gama de fuentes
de energía calorífica (nuclear, solar, calor de desecho de procesos, etc.)

28. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO STIRLING
DESVENTAJAS:
El fluido de trabajo es un gas lo que acarrea dificultades
operativas. En general se utiliza el hidrogeno y el helio por sus
buenas propiedades termodinámicas.

29. CICLO TERMODINÁMICO
REPRESENTACION TERMODINAMICA DEL CICLO
CICLO STIRLING
A  B: compresión isoterma del gas a la
temperatura inferior, tf se cede calor Q1 a la
fuente fría por absorción de trabajo mecánico
para la compresión.
B  C: calentamiento isocorico. El gas absorbe
del calor, Q2, aumentando su temperatura hasta
Tc y su presión.
C  D: expansión isoterma del gas a alta
temperatura, Tc. El gas toma el calor Q3 de la
fuente caliente produciendo una cantidad
equivalente de trabajo.
D  A: enfriamiento isocorico hasta la
temperatura del foco frio Tf por cesión de calor
Q4.

30. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO STIRLING
RENDIMIENTO DEL CICLO
Se absorbe calor en el calentamiento isocorico y en la expansión isoterma, y
se cede en los otros dos procesos.
Calor neto absorbido:
Calor neto cedido:
Por lo que el rendimiento es:
Este rendimiento es siempre menor que el máximo ideal:

31. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO STIRLING
DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO
Un sistema que realiza el ciclo Stirling está formado por un cilindro, un
pistón de trabajo y un piston de desplazamiento con un regenerador de
calor que divide al sistema en dos zonas, una zona caliente a Tc y una zona
fría a Tf.
Se vuelve a la posición inicial atravesando otra vez el regenerador, pero esta vez el
gas cedera una cantidad de calor, al regenerador bajando su temperatura hasta Tf.

32. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE RANKINE

33. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE RANKINE
El calor suministrado por una fuente externa se convierte
parcialmente en trabajo utilizando normalmente agua. Se
aprovecha la entalpia de cambio de fase.

34. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE RANKINE
CICLO DE RANKINE: IDEAL
1-2: calentamiento sensible adiabático del liquido
(Tf  Tc) por compresión. Requiere bomba o
compresor.
2-3: calentamiento isobárico del líquido hasta
convertirlo en vapor saturado. Requiere de una
fuente de calor externa. (Vaporización).
3-4: expansión adiabática del vapor saturado en la
turbina, con generación de potencia. La
temperatura y la presión bajan y aparece
condensación. (Enfriamiento sensible TcTf y de
cambio de fase por condensación)
4-1: condensación isoterma del vapor hasta la
saturación. El vapor se convierte en liquido
saturado.

35. CICLO TERMODINÁMICO
RENDIMIENTO DEL CICLO RANKINE
CICLO DE RANKINE

36. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE RANKINE: REAL
CICLO DE RANKINE

37. CICLO TERMODINÁMICO
CICLO DE RANKINE: REAL CON RECUPERADOR DE CALOR
CICLO DE RANKINE

38. CICLO TERMODINÁMICO
CICLOS DE REFRIGERACION

39. CICLO TERMODINÁMICO
CICLOS DE REFRIGERACION
Ciclo de carnot inverso: ciclo ideal descrito por un gas
(no condensable)

40. CICLO TERMODINÁMICO
GRACIAS POR SU ATENCION …