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Año 1996
U.N.N.E.

Ciclos Térmicos
Ciclo de Carnot
Es el más simple de todos los ciclos cerrados y el de mayor rendimiento. Este ciclo es puramente
teórico e imposible de realizar en la práctica.
H

T

B
T

C

C

1

B

T

D

D

2
A

A

a

d

S
1

S
2
fig.2

S
S
1

S
2

S

fig.3

Este ciclo se compone de cuatro transformaciones reversibles :- AB adiabática; s1 = s2 =cte. Compresión del agua y elevación de la
temperatura de T1
a T2 .
- BC isobara- isoterma: p = cte., T = cte. Vaporización a p y T ctes.
- CD adiabática; s1 = s2 = cte. Expansión del vapor en la máquina.
- DA isobara- isoterma: p = cte., T = cte. Condensación del vapor a p
y T ctes.
El rendimiento del ciclo de Carnot viene dado por la siguiente relación de áreas:η=

( S2 − S1 ) * ( T1 − T2 ) T1 − T2
areaABCD
=
=
areaS1 ABCDS2
T1
( S2 − S1 ) * T1

Ciclo Rankine
El ciclo de Carnot es un ciclo teórico que corresponde a una máquina perfecta y es irrealizable. El
ciclo de Rankine es el más simple de los teóricamente realizables.

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Este ciclo está compuesto por las siguientes transformaciones :
-Una adiabática AA' ,compresión del agua por la bomba de
alimentación.
-Una isobara A'B calentamiento del agua hasta la temperatura de
vaporización T1
-Una isobara -isoterma BC , vaporización en el generador de vapor a t
y p= cte.
-Una adiabática CD ,expansión en la turbina.
-Una isobara-isoterma DA ,condensación en el condensador a la T2 y
a p = cte.
El rendimiento del ciclo Rankine será:
η=

areaAA' BCD
areaS1AA' BCDS2

si
2

∫ p ⋅ dv = L

;

1

dQ = dU + A ⋅ dL

donde dL = pequeña cantidad

de trabajo
Para una transformación adiabática o sea isoentrópica , dQ = 0 , por lo tanto
dU + A ⋅ dL = 0 despejando dU ,tenemos
− dU = A ⋅ dL

integrando

⇒ A ⋅ L = − (U 2 − U 1 ) = U 1 − U 2

Pero el trabajo de circulación es
2

Lc = p1 ⋅ V1 + ∫ p ⋅ dv − p2 ⋅ V2 = p1 ⋅ V1 + L − p2 ⋅ V1

2

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U.N.N.E.

Lc = p1 ⋅ V1 +

U1 − U 2
− p2 ⋅ V2
A

prescindiendo de A y ordenando

Lc = (U 1 + p1 ⋅V1 ) − (U 2 + p2 ⋅V2 ) = H1 − H2
Para pasar del estado A' al B o sea de una temperatura inferior a otra superior se entrega en la
caldera
Q' = H B − H A'

, siendo p = cte.

Por cada kg de vapor que circula en la máquina se obtiene un trabajo de circulación:
Lc =Hc − Hd
En el condensador el sistema cede al exterior Qc = H D − H A .
El trabajo efectuado por la bomba, como es de circulación, viene dado por la diferencia de
entalpía antes y después de la transformación:
LB = H A − H A '
El trabajo neto efectuado por el sistema al describir todo el ciclo es igual a la diferencia entre el
trabajo realizado por la evolución isoentrópica menos el trabajo dela bomba:
LT = LC − LB = ( HC − H D ) − ( H A − H A' )
El calor entregado al ciclo es :
Q = Q'1 +Q"1 = ( H B − H A ) + ( HC − H B ) = HC − H A
El rendimiento quedará:
η=

LT ( HC − H D ) − ( H A − H A' )
=
Q
HC − H A

Si no se tiene en cuenta a la bomba queda:
η=

( HC − H D )
HC − H A

Ciclo de Hirn
Derivado del ciclo Rankine, el ciclo Hirn (llamado también ciclo Rankine consobrecalentamiento)
es el ciclo base de todas las máquinas de vapor .

3

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U.N.N.E.

En este ciclo el calentamiento del agua está representado por A'B , la vaporización por BC, el
sobrecalentamiento por la isobara CD que lleva la temperatura del vapor a T1, superior al de
saturación. La expansión adiabática por DE, y la condensación por la isobara-isoterma EA. Este
ciclocorresponde a un generador de vapor con sobrecalentamiento y una turbina sin
extracciones. El rendimiento del ciclo de Hirn haciendo un razonamiento análogo a los anteriores
puede expresarse por:
areaAA' BCDE
H − HE
η=
= D
areaS1 AA' BCDES2 H D − H A

Ciclo con Sobrecalentamiento intermedio ( Recalentamiento)
Las propiedades mecánicas de los metales empleados para la construcción de calderas...