Estudiante

Ciclos Termodinámicos

Resulta útil tratar los procesos termodinámicos basándose en ciclos, procesos que devuelven un sistema a su estado original después de una serie de fases, de manera que todas las variables termodinámicas relevantes vuelven a tomar sus valores originales. En un ciclo completo, la energía interna de un sistema no puede cambiar, puesto que sólo depende de dichas variables.Por tanto, el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema.
Un motor térmico de eficiencia perfecta realizaría un ciclo ideal en el que todo el calor se convertiría en trabajo mecánico. El ciclo de Carnot, es un ciclo termodinámico que constituye el ciclo básico de todos los motores térmicos, y demuestra que no puede existir ese motorperfecto. Cualquier motor térmico pierde parte del calor suministrado. El segundo principio de la termodinámica impone un límite superior a la eficiencia de un motor, límite que siempre es menor del 100%. La eficiencia límite se alcanza en lo que se conoce como ciclo de Carnot.

Ciclo Otto
El primer inventor de este ciclo, hacia 1862, fue el francés Alphonse Beau de Rochas. El segundo, hacia 1875,fue el alemán doctor Nikolaus August Otto. Como ninguno de ellos sabía de la patente del otro hasta que se fabricaron motores en ambos países, hubo un pleito. De Rochas ganó cierta suma de dinero, pero Otto se quedó con la fama: el principio termodinámico del motor de cuatro tiempos se llama aún ciclo de Otto.
Otto construyó su motor en 1866 junto con su compatriota Eugen Langen. Se trataba de unmotor de gas que poco después dio origen al motor de combustión interna de cuatro tiempos. Otto desarrolló esta máquina, que después llevaría su nombre (motor cíclico Otto), en versiones de cuatro y dos tiempos

En el punto a la mezcla de nafta y aire ya está en el cilindro.

ab: contracción adiabática.
cd: expansión adiabática.
bc: calentamiento isocórico.
ad: enfriamiento isocórico.R: relación de compresión.
Cp: calor específico a presión constante
Cv: calor específico a volumen constante
γ = Cp/Cv (Sears 419 - Tabla 18.1)
η = 1 - 1/R(γ - 1)

Ciclo Diesel

El 28 de febrero de 1892, Rudolf Diesel obtuvo la primera patente del motor que le hizo famoso. De hecho, este se diferencia de los de gasolina en un pequeño detalle: no precisa chispa para iniciar la combustión.El gasoil se inyecta durante la carrera ab.

ab: contracción adiabática.
cd: expansión adiabáticas.
ad: enfriamiento isocórico.
bc: expansión y calentamiento isobárica.

Ciclo de Carnot
Este ciclo fue ideado por el francés Sadi Carnot en 1824 para analizar el elevado rendimiento de las locomotoras británicas. El llamado motor de Carnot trabaja cuando le damos una cantidad de calor QENTRAdesde una fuente a alta temperatura y le eliminamos un calor QSALE hacia otra fuente a baja temperatura, produciendo un trabajo W. El rendimiento viene definido, como en todo proceso cíclico, por:

Proceso 1-2 el gas se comprime adiabaticamente hasta el estado 2, cuya temperatura es Tc
Proceso 2-3 el dispositivo se pone en contacto con el reservorio a Tc el gas se expande isotermicamentemientras recibe la energia Qc del reservorio caliente por transferencia de calor
Proceso 3-4 el dispositivo se coloca sobre la base aislada y se permite que el gas continue expandiendose ahora adiabaticamente, hasta que la temperatura caiga a Tf
Proceso 4-1 el dispositivo se pone en contacto con el reservorio a Tf. El gas se comprime isotermicamente hasta su estado inicial mientras cede la energiaQf al reservorio frio por transferencia de calor-
12 y 34: contracciones y expansiones isotérmicas.
23 y 14: contracciones y expansiones adiabáticas.

η = W/QH  η= (QH - QC)/QH  η = 1 - QC/ QH
QH = W ab = n.R.TH.ln Vb/Va
QC = W cd = n.R.TC.ln Vc/Vd
QC/QH = TC/TH
η = 1 - TC/TH

Ciclo Brayton
Este es un ciclo con aire, que es ampliamente utilizado en los motores de reacción de los...