Termodinamica

(INTRODUCCIÓN)

Los ciclos termodinámicos reproducen el comportamiento cíclico del fluido de trabajo de una máquina térmica durante el funcionamiento de ésta.

Los ciclos termodinámicos constituyen una referencia teórica, que a menudo no se corresponde con exactitud con la evolución real de un fluido en el interior de una máquina térmica, debido a muchas razones como: las irreversibilidadesde los procesos, las pérdidas de calor, las fugas másicas, las pérdidas de carga en los conductos, la heterogeneidad de los fluidos circulantes etc. Son modelos que pretenden simular el comportamiento de las máquinas térmicas.

Los ciclos termodinámicos pueden clasificarse de las siguientes formas:

• Ciclos directos y ciclos inversos. Los primeros son los de aplicación a máquinas térmicas, yrecorren los diagramas típicos de representación (p-v, T-s, h-s) en sentido horario. Los ciclos inversos son de aplicación a máquinas frigoríficas y recorren los diagramas típicos (p-h, h-s) en sentido antihorario.

• Ciclos para sistemas abiertos y ciclos para sistemas cerrados. Los primeros son de aplicación a máquinas de flujo continuo. Cada una de las máquinas que componen la instalacióntiene una permanente renovación del fluido, aunque en su conjunto el sistema puede recircular el flujo por completo. Su representación gráfica más habitual son los diagramas T-s o h-s (y p-h si son inversos). Los ciclos para sistemas cerrados son de aplicación a máquinas de desplazamiento positivo, en las que el volumen de control se modifica a lo largo del propio ciclo. Suelen renovar el fluido enuna etapa determinada del ciclo, y no de forma continua. Su representación más común es el diagrama p-v.

• Ciclos de fluido condensable y ciclos de fluido no condensable. En los primeros el fluido cambia de fase durante su evolución, de modo que durante un tramo del ciclo el fluido es líquido y en el otro es vapor. Debido a las características del fluido, suele recircularse éste por completo, yse aplican siempre a máquinas de flujo continuo. En los ciclos de fluido no condensable, el fluido (gaseoso) no cambia de fase. Pueden ser de ciclo cerrado o de ciclo abierto. Esta última condición se refiere a que el gas, por haber sufrido una transformación química (proceso de combustión) se expulsa al final del ciclo al mismo tiempo que se renueva la carga con gas fresco. El ciclo, pues, secierra de forma imaginaria para retornar a las condiciones termodinámicas iniciales. Los ciclos de fluido no condensable son de aplicación tanto en máquinas de flujo continuo como en máquinas de desplazamiento positivo.

CICLOS DIRECTOS PARA SISTEMAS ABIERTOS CON FLUIDO CONDENSABLE

Estos ciclos, (para sistemas abiertos), suelen trabajar entre dos niveles de presión, que se mantienenprácticamente constantes durante la circulación del flujo salvo ligeras pérdidas de presión provocadas por el rozamiento de éste con las paredes de los conductos, necesarios para conectar los distintos elementos de una máquina térmica de flujo continuo. Por eso se maneja como parámetro característico del ciclo la relación de compresión, rp, definida como el cociente entre las presiones extremas del ciclo.a)Ciclo de Carnot
Ciclo de interés en máquinas de fluido condensable, debido a que durante los procesos de evaporación y condensación del fluido las evoluciones isotermas que lo definen son al mismo tiempo evoluciones isóbaras. La condición de isóbaras, hace que el ciclo de Carnot se manifieste como un ciclo tecnológicamente alcanzable en máquinas de flujo continuo, con un interés teórico, aunquecomo se verá no exento de inconvenientes.

El rendimiento de este ciclo, en función de las temperaturas de absorción y cesión de calor, se expresa en función de entalpías, ya que se identifican con incrementos de entalpía tanto los intercambios de calor (por ocurrir a presión constante), como los trabajos realizado o recibido por compresor o turbina (por ser usualmente los procesos...