Mª Dolores Moreno Domínguez

CICLOS TERMODINÁMICOS

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 llega a un estado final que es igual al inicial.

Su funcionamiento cíclico es el principio de cualquier máquina térmica.

Los cuatro ciclos termodinámicos más importantes son: Carnot, Ericsson, Stirling, Rankine.

CICLO CARNOTEl 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.

Este ciclo consta de cuatro etapas correspondientes con las transformaciones termodinámicas básicas.

EXPANCIÓN ISOTÉRMICAEn 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.

EXPANCIÓN ADIABÁTICA 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.

COMPRESIÓN ISOTÉRMICA

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.

COMPRESIÓN ADIABÁTICA

Es la última etapa y en ella se alcanzan los mismos valores del principio pero sin transferencia de calor con el exterior.

CICLO ERICSSON

El ciclo Ericsson es reversible al igual que el ciclo Carnot por lo que se obtiene el rendimiento máximo de la máquina. El fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotermas y dos isobáricas.

CICLO RANKINEEl ciclo Rankine utiliza vapor y consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor, éste se hace incidir sobre la turbina, donde pierde presión produciendo energía cinética. El fluido se licúa en el condensador y lo introduce en una bomba que de nuevo aumenta la presión para ser introducido en la caldera.

Para optimizar el aprovechamiento del combustible, se somete al fluido a ciertos procesos:

• Precalentamiento del agua comprimida, 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.

Uno de los principales motores utilizados en este ciclo es el motor Stirling.

CICLO STIRLINGEn este ciclo termodinámico el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotérmicas y dos transformaciones isocóricas

1. Calentamiento isócoro (volumen constante).

La fuente de calor cede energía térmica y la temperatura y la presión del gas

aumentan.

FASES ELEMENTALES EN LAS SE TRANSFORMA EL

GAS

2. Una expansión isoterma (temperatura constante).

En esta fase el volumen aumenta mientras que la presión disminuye lo que provoca que se produzca energía motora.

3. Enfriamiento isócoro (volumen constante).

Durante esta fase la temperatura y la presión disminuyen.

4. Compresión isotérmica (temperatura constante).

En esta fase tenemos que proporcionar energía mecánica al gas debido a que la presión aumenta a medida que su volumen disminuye.