CICLOS TERMODINÁMICOS



INTRODUCCIÓN
Entenderemos por Ciclo termodinámico cualquier proceso en que un sistema partiendo de un estado inicial, sufre una serie de transformaciones termodinámicas tras las cuales llega a un estado final que es igual al inicial.
En un ciclo termodinámico ΔU=0, o lo que es igual W=Q. Es decir el calor neto comunicado al sistema es igual al trabajo neto realizado por el mismo.Este funcionamiento cíclico es la idea de partida de cualquier máquina térmica. Veremos a continuación los cuatro ciclos termodinámicos más importantes.





















CARNOT
En el siglo XIX el ingeniero francés Nicolas Carnot concibió, estudió y desarrolló un ciclo termodinámico, que constituye el ciclo básico de todos los motores térmicos, en el:
Se suministra almotor 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.
El ciclo de Carnot es un ciclo teórico y reversible, su limitación es la capacidad que posee un sistema para convertir en calor el trabajo, se utiliza en las máquinas que usan vapor o una mezcla de combustible con aire uoxígeno.



Representado en un diagrama p-v se obtiene la siguiente figura:

Tramo A-B isoterma a la temperatura T1
Tramo B-C adiabática
Tramo C-D isoterma a la temperatura T2
Tramo D-A adiabática
En cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos inicíales:
La presión, volumen de cada uno de los vértices.
El trabajo, el calor y la variación de energía interna en cada una de lasetapas.
El trabajo total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo.
Los datos iníciales son los que figuran en la tabla adjunta. A partir de estos datos, hemos de rellenar los huecos de la tabla.
Variables
A
B
C
D
Presión p (atm)
pA
 
 
 
Volumen v (l)
vA
vB
 
 
Temperatura T (ºK)
T1
T1
T2
T2

Usos y aplicaciones
La máquina de Carnot puede pensarsecomo un cilindro con un pistón y una biela que convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento circular. El cilindro contiene una cierta cantidad de un gas ideal y la máquina funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes T1 < T2.
Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas del cilindro se hacen isotérmicamente, es decir, manteniendo la temperaturaconstante lo cual hace que esa parte del proceso sea reversible. El ciclo se completa con una expansión y una compresión adiabáticas, es decir, sin intercambio de calor, que son también procesos reversibles.
De la definición ofrecida anteriormente, se pueden deducir varias aplicaciones nada complejas, y que pertenecen la vida diaria de cada uno de nosotros; varias de las cosas que consideramosmínimas e indispensables, son resultado de la aplicación práctica del sitio de Carnot.
Ciertos refrigeradores son un ejemplo claro del ciclo de Carnot invertido, en este caso la máquina absorbe calor de un ambiente determinado, y cede este calor a una fuente caliente, dejando el primer ambiente a la baja temperatura necesaria para la conservación de frutas y otros alimentos.
Otras aplicacionesprácticas del sitio de Carnot, e inversas al ejemplo anterior, son ciertas máquinas térmicas, una pequeña parte de ellas, pues la mayoría por practicidad usan resistencias o quema de combustibles. Son usadas principalmente en procesos de refrigeración y calefacción.
El ciclo de Carnot podría llevarse a cabo en un sistema cerrado (cilindro-pintón) o bien en un sistema de flujo permanente (dos turbinas ydos compresores).
El ciclo se divide en cuatro etapas, cada una de las cuales se corresponde con una transformación termodinámica básica:
Etapa A) Expansión isotérmica
En el gráfico es el paso del estado 1 al estado 2. Es un proceso isotermo y por ser un gas perfecto eso hace que la temperatura se mantenga constante T1.
El gas se encuentra en un estado de equilibrio inicial representado...