Ciclos De Potencia

Introducción Dentro del área de ingeniería lo más importante en el momento de diseño después del aspecto económico, el cual hoy día se ha tornado el más importante de todos debido a la cultura del consumismo y la globalización, es la eficiencia, que desde un punto de vista completamente ingenieril es el único y más importante que se debería considerar, pero las condiciones ideales no se puedenllevar a la realidad y es esto lo que precisamente se analizara a continuación. Desde la revolución industrial se han implementado distintos tipos de maquinas para producir un trabajo aprovechable por el hombre, pero siempre nos hemos enfrentado con el detalle de que las maquinas llamadas térmicas no transforman toda la energía que entra a su sistema en trabajo. A la relación de conversión deenergía se le llama eficiencia. Para evaluar la eficiencia de las maquinas estas se comparan con los ciclos ideales de funcionamiento (en donde se desprecia toda perdida) teniendo estas la máxima eficiencia posible y la maquinas reales solo un porcentaje de esta. Estos ciclos son precisamente los que a continuación analizaremos. Tanto para motores de pistones como para diferentes tipos de turbinas ypropulsores, teniendo para los primeros el ciclo de Otto y el Diesel, y para los segundos el de Brayton y el de Rankine. Claro que estos se comparan con el ciclo de Carnot el cual es teórico solamente y presenta la mayor eficiencia posible en una maquina térmica.

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Ciclo de Carnot El ciclo de Carnot es un supuesto ciclo ideal de una maquina térmica reversible, lo que quiere decir que losprocesos que se llevan a cabo durante el ciclo son completamente reversibles y en el cual no hay perdidas de energía, por ello el que sea ideal; este se compone de cuatro procesos como ya se menciono reversibles. Cabe mencionar que este se puede llevar a cabo en un sistema cerrado cilindro embolo con flujo estable, este sistema debe ser adiabático para que se pueda cumplir la idealidad del ciclo deCarnot. Los 4 procesos que lo conforman son los siguientes: Expansión isotérmica reversible: en este proceso la fuente de energía TH está en contacto con la cabeza del cilindro, transfiriendo temperatura a el gas dentro del cilindro, hasta que este llega a su máximo volumen manteniendo la temperatura constante durante todo el proceso; permitiendo que el gas realice trabajo sobre el cilindro. Para estola fuente de energía térmica suministra constantemente la cantidad de calor que convierte en trabajo el gas.

Expansión adiabática reversible: en este proceso se retira la fuente de calor y se sustituye por un medio aislante para que se vuelva adiabático, así el gas se expande realizando trabajo sobre los alrededores hasta llegar a la temperatura inicial TL.

Compresión isotérmica reversible:durante esta etapa del ciclo un fuente externa empuja el embolo del cilindro en dirección contraria a la expansión del gas, realizando así trabajo sobre el gas que desecha la energía térmica ganada en un sumidero de temperatura TL manteniendo así la temperatura del gas constante.

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Compresión adiabática reversible: en esta parte del proceso se retira el sumidero de temperatura TL y secoloca de nuevo el aislante para volverlo adiabático, el gas se comprime hasta llegar a su estado inicial, durante este proceso la temperatura del gas

aumenta de TL a TH, se completa el ciclo.

Diagrama T-s

Diagrama P-V

El ciclo de Carnot es el más eficiente que se podría llevar a cabo entre un sumidero de alta temperatura y uno de baja temperatura, pero este no se puede llevar a cabo en lavida real puesto a que está basado en condiciones ideales en las que se desprecian todas las perdidas por lo que su resultado esta expresado por la siguiente ecuación:
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Termodinámica, Yunus, Cengel. Página 491, quinta edición.

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Ciclo de Carnot inverso. El ciclo de Carnot inverso se llama ciclo de refrigeración de Carnot, ya que la el calor se libera de un deposito de baja...