Ciclos Termodinámicos

CICLOS TERMODINAMICOS

Definición y clasificaciones.

Los ciclos termodinámicos son la aplicación más técnica de la termodinámica, ya que reproducen el comportamiento cíclico del fluido de trabajo de una máquina térmica durante el funcionamiento de ésta.
Es necesario indicar que los ciclos termodinámicos constituyen una referencia teórica, que a menudo no se corresponde con exactitud conla evolución real de un fluido en el interior de una máquina térmica, debido a muchas razones como son: las irreversibilidades de los procesos, las pérdidas de calor, las fugas másicas, las pérdidas de carga en los conductos, la heterogeneidad de los fluidos circulantes, y debido igualmente a otros fenómenos de compleja simulación. En este sentido puede afirmarse que los ciclos termodinámicos sonlos modelos matemáticos más sencillos, dentro del amplio espectro de modelos que pretenden simular el comportamiento de las máquinas térmicas.
Los ciclos termodinámicos pueden clasificarse de las siguientes formas:
* Ciclos directos y ciclos inversos. Los primeros son los de aplicación a máquinas térmicas, 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 y recorren los diagramas típicos (p-h, h-s) en sentido anti horario.

* Ciclos para sistemas abiertos y ciclos para sistemas cerrados. Los primeros son de aplicación a máquinas de flujo continuo. Cada una de las máquinas que componen la instalación tiene una permanente renovación del fluido, aunque en su conjunto el sistema puederecircular el flujo por completo. Su representación gráfica más habitual son los diagramas T-s o h-s (y p-h si son inversos). Los ciclos para sistemas cerrados son de aplicación a máquinas de desplazamiento positivo, en las que el volumen de control se modifica a lo largo del propio ciclo. Suelen renovar el fluido en 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 el fluido cambia de fase durante su evolución, de modo que durante un tramo del ciclo el 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 flujo continuo. En los ciclos de fluido nocondensable, el fluido (gaseoso) no cambia de fase. Pueden ser de ciclo cerrado o de ciclo abierto. Esta última condición paradójica se refiere a que el gas, por haber sufrido una transformación química (proceso de combustión) se expulsa al final del ciclo al mismo tiempo que se renueva la carga con gas fresco. El ciclo, pues, se cierra de forma imaginaria para retornar a las condicionestermodinámicas iniciales. Los ciclos de fluido no condensable son de aplicación tanto en máquinas de flujo continuo como en máquinas de desplazamiento positivo.

CICLOS DIRECTOS PARA SISTEMAS ABIERTOS CON FLUIDO CONDENSABLE
Estos ciclos, como todos los que pueden definirse para sistemas abiertos, suelen trabajar entre dos niveles de presión claramente definidos, que se mantienen prácticamente constantesdurante 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 una máquina térmica de flujo continuo. Por eso se maneja como parámetro característico del ciclo la relación de compresión, rp, definida como el cociente entre las presiones extremas del ciclo.

CICLO DECARNOT
El ciclo de Carnot es un ciclo de interés en máquinas de fluido condensable, debido a que durante los procesos de evaporación y condensación del fluido las evoluciones isotermas que lo definen son al mismo tiempo evoluciones isóbaras. Precisamente esta condición de isóbaras, propia como ya se ha dicho de los procesos de circulación de flujos a lo largo de conductos, hace que el ciclo de...