Ciclos De Trabajo

TEMA 4. CICLOS TERMODINAMICOS
4.1. Definición y clasificaciones.
Los ciclos termodinámicos son la aplicación más técnica de la termodinámica, yaque reproducen el comportamiento cíclico del fluido de trabajo de una máquina térmicadurante el funcionamiento de ésta. En los apartados siguientes se estudiarán los ciclostermodinámicos más característicos por su carácter didáctico, por sus especialespropiedades o por su aplicabilidad a máquinas térmicas de utilización en la industria oen el transporte.

Es necesario indicar que los ciclos termodinámicos constituyen una referenciateórica, que a menudo no se corresponde con exactitud con la evolución real de unfluido en el interior de una máquina térmica, debido a muchas razones como son: lasirreversibilidades de los procesos, las pérdidas decalor, las fugas másicas, las pérdidasde carga en los conductos, la heterogeneidad de los fluidos circulantes, y debidoigualmente a otros fenómenos de compleja simulación. En este sentido puede afirmarseque los ciclos termodinámicos son los modelos matemáticos más sencillos, dentro delamplio espectro de modelos que pretenden simular el comportamiento de las máquinastérmicas.
Los ciclostermodinámicos puede clasificarse de las siguientes formas:

• Ciclos directos y ciclos inversos. Los primeros son los de aplicación a máquinastérmicas, y recorren los diagramas típicos de representación (p-v, T-s, h-s) en sentido horario. Los ciclos inversos son de aplicación a máquinas frigoríficas yrecorren los diagramas típicos (p-h, h-s) en sentido antihorario.

• Ciclos para sistemas abiertos yciclos para sistemas cerrados. Los primeros son deaplicación a máquinas de flujo continuo. Cada una de las máquinas que componenla instalación tiene una permanente renovación del fluido, aunque en su conjunto elsistema puede recircular el flujo por completo. Su representación gráfica máshabitual son los diagramas T-s o h-s (y p-h si son inversos). Los ciclos para sistemascerrados son de aplicación amáquinas de desplazamiento positivo, en las que elvolumen de control se modifica a lo largo del propio ciclo. Suelen renovar el fluidoen una etapa determinada del ciclo, y no de forma continua. Su representación máscomún es el diagrama p-v.

• Ciclos de fluido condensable y ciclos de fluido no condensable. En los primeros elfluido cambia de fase durante su evolución, de modo que durante untramo del cicloel fluido es líquido y en el otro es vapor. Debido a las características del fluido,suele recircularse éste por completo, y se aplican siempre a máquinas de flujocontinuo. En los ciclos de fluido no condensable, el fluido (gaseoso) no cambia defase. Pueden ser de ciclo cerrado o de ciclo abierto. Esta última condición paradójicase refiere a que el gas, por haber sufrido unatransformación química (proceso decombustión) se expulsa al final del ciclo al mismo tiempo que se renueva la cargacon gas fresco. El ciclo, pues, se cierra de forma imaginaria para retornar a lascondiciones termodinámicas iniciales. Los ciclos de fluido no condensable son deaplicación tanto en máquinas de flujo continuo como en máquinas dedesplazamiento positivo.
4.2 Ciclos directos para sistemas abiertoscon fluido condensable
Estos ciclos, como todos los que pueden definirse para sistemas abiertos, suelentrabajar entre dos niveles de presión claramente definidos, que se mantienen prácticamente constantes durante la circulación del flujo salvo ligeras pérdidas de presión provocadas por el rozamiento de éste con las paredes de los conductos,necesarios para conectar los distintos elementos de unamáquina térmica de flujocontinuo. Por eso se maneja como parámetro característico del ciclo la relación decompresión, rp, definida como el cociente entre las presiones extremas del ciclo.

4.2.1. Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot, ya estudiado en el apartado 1.15, se recupera aquí como ciclode interés en máquinas de fluido condensable, debido a que durante los procesos deevaporación y...