U4 CICLOS TERMODINAMICOS 1

UNIDAD 4. CICLOS TERMODINÁMICOS
INTRODUCCIÓN

Los dispositivos o sistemas que se usan para producir una salida neta de potencia se llaman a menudo
motores o máquinas térmicas, y los ciclos termodinámicos en los que operan se llaman ciclos de potencia.
Los dispositivos o sistemas que se usan para producir un efecto de refrigeración se llaman
refrigeradores, acondicionadores de aire o bombastérmicas, y los ciclos en los que operan se llaman
ciclos de refrigeración.
Los ciclos termodinámicos se pueden también clasificar como ciclos de gas y ciclos de vapor,
dependiendo de la fase del fluido de trabajo. En los ciclos de gas, el fluido de trabajo permanece en la
fase gaseosa durante todo el ciclo, mientras que en los ciclos de vapor, el fluido de trabajo existe en
fase de vapor durante unaparte del ciclo y en fase líquida durante otra parte.
Los ciclos termodinámicos se pueden clasificar todavía de otra manera: ciclos cerrados y abiertos. En
los ciclos cerrados, el fluido de trabajo vuelve al estado inicial al final del ciclo y se recircula. En los
ciclos abiertos, el fluido de trabajo se renueva al final de cada ciclo en vez de recircularse. En los
motores de automóvil, los gases decombustión escapan y se reemplazan con nueva mezcla airecombustible al final de cada ciclo. El motor opera en un ciclo mecánico, pero el fluido de trabajo no
recorre un ciclo termodinámico completo.
Las máquinas térmicas se clasifican como las de combustión interna y las de combustión externa,
dependiendo de cómo se suministra calor al fluido de trabajo. En las máquinas de combustión externa
(comoson las plantas termoeléctricas que usan vapor de agua), el calor se suministra al fluido de
trabajo desde una fuente externa como un quemador, un pozo geotérmico, un reactor nuclear o incluso
el Sol. En las máquinas de combustión interna (como los motores de automóvil), esto se hace quemando
el combustible dentro de los límites del sistema. En este capítulo se analizan varios ciclos de potenciabajo algunas suposiciones de simplificación.
Las idealizaciones y simplificaciones empleadas comúnmente en el análisis de los ciclos de
potencia, pueden resumirse del siguiente modo:
1. El ciclo no implica ninguna fricción. Por lo tanto, el fluido de trabajo no experimenta ninguna
caída de presión cuando fluye en tuberías o dispositivos como los intercambiadores de calor.
2. Todos los procesos deexpansión y compresión ocurren en la forma de cuasiequilibrio.
3. Las tuberías que conectan a los diferentes componentes de un sistema están muy bien
aisladas y la transferencia de calor a través de ellas es insignificante.
Ignorar los cambios en las energías cinética y potencial del fluido de trabajo es otra simplificación
comúnmente empleada en el análisis de ciclos de potencia. Ésta es unasuposición posible de relacionar
porque en dispositivos que incluyen trabajo de eje, como turbinas, compresores y bombas, los términos
de las energías cinética y potencial son usualmente muy pequeños respecto de los otros términos en la
ecuación de la energía. Las velocidades de fluido encontradas en dispositivos como condensadores,
calderas y cámaras de mezclado por lo general son bajas, y los flujosde fluido experimentan poco
cambio en sus velocidades, lo que también vuelve insignificantes los cambios en la energía cinética. Los
únicos dispositivos donde los cambios en la energía cinética son significativos son las toberas
aceleradoras y los difusores, los cuales se diseñan para crear grandes cambios en la velocidad.
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Maquinas reciprocantes
Los componentes básicos de una máquinareciprocante se muestran
en la figura. El émbolo reciprocante en el cilindro se alterna entre
dos posiciones fijas llamadas punto muerto superior (PMS) —la
posición del émbolo cuando se forma el menor volumen en el
cilindro— y punto muerto inferior (PMI) —la posición del
émbolo cuando se forma el volumen más grande en el cilindro—.
La distancia entre el PMS y el PMI es la más larga que el émbolo
puede...