Ciclos termicos

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Física II Ciclos Térmicos - AP16/G 
Ricardo Santiago Netto Página 1 de 2 
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CICLOS TERMODINAMICOS 
Resulta útil tratar los procesos termodinámicos basándose en ciclos: procesos que devuelven un sistema a 
su estado original después de una serie de fases, de manera que todas las variables termodinámicas 
relevantes vuelven a tomar sus valores originales. En un ciclo completo, la energía interna de un sistema no 
puede cambiar, puesto que sólo depende de dichas variables. Por tanto, el calor total neto transferido al 
sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema. 
Un motor térmico de eficiencia perfecta realizaría un ciclo ideal en el que todo el calor se convertiría en 
trabajo mecánico. El ciclo de Carnot, es un ciclo termodinámico que constituye el ciclo básico de todos los 
motores térmicos, y demuestra que no puede existir ese motor perfecto. Cualquier motor térmico pierde 
parte del calor suministrado. El segundo principio de la termodinámica impone un límite superior a la 
eficiencia de un motor, límite que siempre es menor del 100%. La eficiencia límite se alcanza en lo que se 
conoce como ciclo de Carnot. 
Ciclo Otto 
En el punto a la mezcla de nafta y aire ya está en el cilindro. 
ab: contracción adiabática. 
cd: expansión adiabática. 
bc: calentamiento isocórico. 
ad: enfriamiento isocórico. 
R: relación de compresión. 
Cp: calor específico a presión cte. 
Cv: calor específico a volumen cte. 
γ = Cp/Cv (Sears 419 – Tabla 18.1) 
η = 1 - 1/R(γ - 1) 
Para un R = 8, y un γ = 1,4 (aire), η = 0,56 
Ciclo diesel 
El gasoil se inyecta durante la carrera ab. 
ab: contracción adiabática. 
cd: expansión adiabáticas. 
ad: enfriamiento isocórico. 
bc: expansión y calentamiento isobárica. 
R: relación de compresión. 
Cp: calor específico a presión cte. 
Cv: calor específico a volumen cte. 
γ = Cp/Cv (Sears 419 – Tabla 18.1) 
η = 1 - 1/R(γ - 1) 
Para un R = 15-20, y un γ = 1,4 (aire), η = 0,65-0,70 
Ciclo de Carnot 
Una máquina de Carnot es perfecta, es decir, convierte la 
máxima energía térmica posible en trabajo mecánico. Carnot 
demostró que la eficiencia máxima de cualquier máquina 
depende de la diferencia entre las temperaturas máxima y 
mínima alcanzadas durante un ciclo. Cuanto mayor es esa 
diferencia, más eficiente es la máquina. Por ejemplo, un motor de 
automóvil sería más eficiente si el combustible se quemara a 
mayor temperatura o los gases de escape salieran a menor 
temperatura. 
V 
p 
a
c
d
b
QH 
QC 
W 
TH
TC
a
c
b
d
QH 
→
→ QC 
L 
p 
V RVV 
Ciclo Otto 
a
c b
d
QH ↓ 
→ QC 
L 
p 
V RVV 
Ciclo Diesel 
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ab y cd: contracciones y expansiones isotérmicas. 
bc y ad: contracciones y expansiones adiabáticas. 
η = W/QH ⇒ η = QH – QC ⇒ η = 1 – QC 
QH QH 
QH = Wab = n.R.TH.ln Vb/Va 
QC = Wcd = n.R.TC.ln Vc/Vd 
QC/QH = TC/TH 
η = 1 – TC 
 TH 
Ciclo de refrigeración 
Los sistemas de compresión emplean 
cuatro elementos en el ciclo de 
refrigeración: compresor, condensador, 
válvula de expansión y evaporador. 
En el evaporador, el refrigerante se 
evapora y absorbe calor del espacio que 
está enfriando y de su contenido. 
A continuación, el vapor pasa a un 
compresor movido por un motor que 
incrementa su presión, lo que aumenta 
su temperatura (entrega trabajo al 
sistema). 
El gas sobrecalentado a alta presión se 
transforma posteriormente en líquido en 
un condensador refrigerado por aire o 
agua. 
Después del condensador, el líquido pasa por una válvula de expansión, donde su presión y temperatura se 
reducen hasta alcanzar las condiciones que existen en el evaporador. 
QH = QC – L ⇒ L = QC-QH 
η = - QC ⇒ - QC 
 L QC-QH 
Sistemas de absorción 
Algunos refrigeradores domésticos funcionan mediante el principio de absorción. En ellos, una llama de gas 
calienta una disolución concentrada de amoníaco en agua en un recipiente llamado generador, y el 
amoníaco se desprende en forma de vapor y pasa a un condensador. Allí se licúa y fluye hacia el 
evaporador, igual que en el sistema de compresión. Sin embargo, en lugar de pasar a un compresor al salir 
del evaporador, el amoníaco gaseoso se reabsorbe en la solución diluida y parcialmente enfriada 
procedente del generador, para formar de nuevo una disolución concentrada de amoníaco. Este proceso de 
reabsorción se produce en un recipiente llamado absorbedor, desde donde el líquido concentrado fluye de 
vuelta al generador para completar el ciclo. 
Compresor 
Válvula de 
expansión 
Condensador 
Evaporador
Gas a 
baja 
presión
Gas a alta 
presión y 
temperatura
Líquido a baja 
presión y << 
temperatura 
Líquido a alta 
presión y < 
temperatura 
QC →
QH ←