estudiante

Física Térmica

MAQUINAS TÉRMICAS
CICLOS TERMODINÁMICOS

CICLOS DE POTENCIA

Máquina Térmica

CICLOS DE REGRIGERACIÓN

Refrigerador, Bomba de calor

Ciclo de gas: La sustancia que lo realiza queda durante el ciclo en estado gas
Ciclo de Vapor: Recorre parte del ciclo en estado vapor y otra parte en estado
líquido
Ciclo cerrado: El fluido de trabajo regresa a su estado inicial alfinal del ciclo
(ej. Vapor en una central Térmica)
Ciclo abierto: El fluido de trabajo se renueva en cada ciclo. (ej. automovil)

Máquinas Térmicas

Combustión interna: Se quema el combustible
dentro de la frontera del sistema
Combustión externa: Uso de calderas, pozo geotérmico,
reactor nuclear, sol.. (Centrales eléctricas)

Los ciclos reales se aproximan a ciclos ideales, suponiendo:El ciclo no implica ninguna fricción
Procesos de expansión y compresión son cuasiestáticos
Tuberías que conectan las diferentes partes del sistema están bien aisladas
Se ignoran los cambios de energía cinética y potencial del fluido de trabajo
(excepto en toberas)

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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Física Térmica
EL CICLO DE CARNOT Y SU VALOR EN INGENIERÍA

W NETO
TL
η= ---------------------------------- = 1 – -----Q ABSORBIDO
TH

El ciclo de carnot es el ciclo reversible
que tiene mayor rendimiento.
Todos los ciclos reversibles que operen
con las mimas dos fuentes térmicas
tienen el mismo rendimiento.
Rendimiento aumenta con la diferencia
de temperatura entre las dos fuentes
Existen límites físicos para TH y TL

El ciclo de Carnot podría llevarse acabo en un sistema cerrado (cilindro-pintón)
o bien en un sistema de flujo permanente (dos turbinas y dos compresores)

INCONVENIENTES PARA SU EXACTA REALIZACIÓN PRÁTICA:

En ciclos de gas: La transferencia de calor isotérma reversible es dificil de llevar
a cabo en la realidad ya que requeriría tiempos muy largos
En ciclos de vapor: Es difícil de encontrar la composición exacta de líquidoque
cierre el ciclo.

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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Física Térmica

REAL

IDEAL

2

REAL

IDEAL

Expansión

CICLO DE OTTO
Máquina de Combustión Interna
Ciclo ideal para las máquinas de encendido de chispa. Motor de Ignición

3

4
5
1

b
a

Vmax

Vmax

Vmin

Vmin

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Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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CICLODE OTTO

a - 1 Se abre la válvula de admisión, el pistón baja absorbiendo la mezcla
fresca aire-gasolina. P aprox cte= 1atm
1 - 2 El pistón sube y comprime la mezcla adiabáticamente.
2 En Vmin de la mezcla, la chispa produce la combustión instantáneamente.
2 - 3 Aumenta la temperatura y la presión a v=cte
3 - 4 Expansión adiabática con realización de trabajo. Fase de Potencia
4 - 5 Se abrela válvua de escape, la presión cae a 1 atm. V=cte.
5 - b El pistón empuja los gases de combustión fuera a P=cte=1atm
a - 1 Se abre la válvula........comienza el ciclo de nuevo
1) Combustible no reutilizable
No es exactamente un ciclo
2) 5 - b y a - 1 no totalmente coincidentes

Suposición para considerarlo ideal: Se realiza un ciclo 1 -2- 3- 4.
Dos Isócoras y dos adiabáticas. Ciclocerrado
γ → Índice adiabático
1
η = 1 – ----------γ–1
r

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

v max
r = ----------v min

Relación de compresión

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DIAGRAMA TS PARA EL CICLO DE OTTO

Q abs = ∆U 2 → 3 = nc v ( T 3 – T 2 )
Q ced = ∆U 4 → 1 = nc v ( T 4 – T 1 )

Eficiencia Térmica de un ciclo de Otto ideal como función de la relación de
compresión (γ=1.4)

Laeficiencia térmica aumenta con la relación de compresión
Si la relación de compresión es excesivamente grande puede perjudicar la
motor ya que se produce el autoencendido. (Durante la compresión se elevaría
en exceso la temperatura)

Tema 7 Ciclos de Potencia. Refrigeración

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MOTOR DE DOS TIEMPOS

Idealmente sigue el mismo ciclo de Otto que el motor de cuatro...