CICLOS TERMODINÁMICA

Abril Estefanía López Hernández

Mecatrónica 4º Sabatino

Índice•Ciclo de Carnot•Ciclo de Rankin•Ciclo de recalentamiento•Ciclo de Brayton•Ciclos combinados•Ciclo de gases (máquinas de combustión interna)•Ciclo de Otto para motor de gasolina•Ciclo de motor Diesel•Ciclo Stirling

CICLO DE CARNOT• El ciclo de motor térmico mas eficiente es el ciclo de Carnot, consistente en dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabático. El ciclo de Carnot se puede considerar como, el ciclo de motor térmico mas eficiente permitido por las leyes físicas. Mientras que la segunda ley de la termodinámica dice que no todo el calor suministrado a un motor térmico, se puede usar para producir trabajo, la eficiencia de Carnot establece el valor límite de la fracción de calor que se puede usar..• El ciclo de Carnot se da cuando un elemento se encuentra en medio de dos fuentes de calor, una de más alta temperatura que la otra, de tal manera que el elemento absorbe calor de la fuente más elevada y  cede calor a la fuente de menor temperatura, produciendo un trabajo en el exterior.•

• Este ciclo consta de dos etapas dos que se dan a temperatura constante(Isotérmicos) y dos adiabáticos en los que no se da ningún cambio de temperatura (no absorbe ni cede). Este proceso se indica como una transformación bitérmica.• El rendimiento del ciclo se puede describir como:

Entropía y el Ciclo de Carnot• Usando juntas estas dos expresiones

• Si tomamos Q para representar el calor añadido al sistema, entonces el calor tomado del sistema tendrá un valor negativo. Para el ciclo de Carnot

que se puede generalizar como una integral alrededor de un ciclo reversible

• Para cualquier parte del ciclo de motor térmico, se puede usar esto para definir el cambio en la entropía S del sistema o en forma diferencial en cualquier punto del ciclo

• Para cualquier proceso irreversible, la eficiencia es menor que la del ciclo de Carnot. Esto se puede asociar con un menor flujo de calor hacia el sistema y/o mas flujo de calor hacia fuera del sistema. El resultado inevitable es

• Cualquier ciclo de motor real se traducirá en más entropía entregada al medio ambiente que tomada de él, dando lugar a un aumento neto total de la entropía.

DESCRIPCIÓN DEL CICLO

•En cuanto a la energía interna esta es cero.•El trabajo va a estar determinado por:

•Los trabajos en las transformaciones adiabáticas son iguales y opuestos.•En cuanto al calor, en el proceso relacionado con la isoterma T1 un elemento absorbe calor se la fuente de mayor temperatura, en el caso del proceso relacionado con la isoterma T2  el elemento cede calor a la fuente de menor temperatura.•Para el caso donde se absorbe temperatura tenemos que:

•En primer lugar  tenemos un gas comprimido adiabáticamente, inicialmente el cilindro-pistón está en contacto con una base térmicamente aislada, luego el gas sufre una expansión isotérmica de tal manera que comienza a absorber calor y recibiendo  una energía Qc de la fuente de más elevada temperatura.Seguidamente el gas se expande adiabáticamente de tal manera que la temperatura va disminuyendo debido a la transferencia de calor que se da entre en cilindro-pistón y la fuente de menor temperatura.Finalmente el sistema vuelve a sus condiciones iniciales después de haber cedido energía a la fuente de menor temperatura.A continuación encontramos gráficamente este proceso.

•En el caso del ciclo de Carnot en la central termoeléctrica se da en el momento en que el agua que es introducida en la caldera comienza a evaporarse por medio de la transferencia de calor de un combustible que está siendo quemado, esta sería la fuente de temperatura más elevada. En este proceso la temperatura d la fuente será constante y la presión del vapor en el ciclo también lo será. Enseguida el vapor pasa de la caldera a una turbina donde se expande (adiabáticamente) y produce un trabajo, aquí la temperatura y la presión disminuyen y a medida que va pasando al condensador el vapor va cediendo temperatura a la fuente de menor temperatura que en el caso de las termoeléctrica es viento o agua de menor temperatura y este vapor condensado convertido en líquido de nuevo tiene las condiciones iniciales para repetir nuevamente el proceso.

Ventajas: rendimiento máximo, convierte la máxima energía térmica en trabajo mecanicoDesventajas: el agua erosiona y daña el sistema, es difícil lograr un compresor con estas caracteeristicas

CICLO DE RANKINE

•Es un ciclo termodinámico que tiene como objetivo la conversión de calor en trabajo, constituyendo lo que se denomina un ciclo de potencia. Como cualquier otro ciclo de potencia, su eficiencia está acotada por la eficiencia termodinámica del ideal Ciclo de Carnot que operase entre los mismos focos térmicos (límite máximo que impone el Segundo Principio de la Termodinámica). Debe su nombre a su desarrollador, el ingeniero y físico escocés William John Macquorn Rankine

•El ciclo Rankine opera con vapor, y es el utilizado en las centrales termoeléctricas. Consiste en calentar agua en una caldera hasta evaporarla y elevar la presión del vapor, que se hace incidir sobre los álabes de una turbina, donde pierde presión produciendo energía cinética. Prosigue el ciclo hacia un condensador donde el fluido se licúa, para posteriormente introducirlo en una bomba que de nuevo aumentará la presión, y ser de nuevo introducido en la caldera.

Dentro de la campana, el fluido se está evaporando, y las isotermas son horizontales. Esto es así porqué dada una presión, el calor que se le aporta al fluido no se emplea en elevar la temperatura, sino en su evaporaciónEl rendimiento ideal de este ciclo tiene es el mismo que el ciclo de Carnot, aunque no alcanza valores tan elevados

•PROCESO

• En la transformación 1-2 aumenta la presión del líquido sin pérdidas de calor, por medio de un compresor, con aportación de un trabajo mecánico externo.

• En la transformación 2-3 se aporta calor al fluido a presión constante en una caldera, con lo que se evapora todo el líquido elevándose la temperatura del vapor al máximo.

• La transformación 3-4 es una expansión adiabática, con lo que el vapor a alta presión realiza un trabajo en la turbina.

• La transformación 4-1consiste en refrigerar el fluido vaporizado a presión constante en el condensador hasta volver a convertirlo en líquido, y comenzar de nuevo el ciclo.

• Precalentamiento del agua comprimida 4-5 aprovechando el calor de los

gases que salen por la chimenea de la caldera. Con esto no se aumenta el área del diagrama, pero se reduce el calor que hay que introducir al ciclo.

• Recalentamiento del vapor que ha pasado por la turbina 5-6 haciéndolo pasar por la caldera y después por otra turbina de baja presión.

• Aumentar eficiencia termodinámica de un ciclo ideal de Rankine

• Reducción de la presión del condensador La desventaja es que la humedad del vapor empieza a aumentar ocasionando erosión en los alabes de la turbina.

• Aumentar la presión de la caldera para una temperatura fija. La desventaja es la humedad excesiva que aparece.

• Sobrecalentar la temperatura de entrada de la turbina. Este aumento de la temperatura está limitado por los materiales a soportar altas temperaturas.

• Recalentamientos intermedios del vapor, escalonando su expansión

• Realizar extracciones de vapor en la turbina, no suele superar las 7,

Fluido ideal para un ciclo de Rankine•Alta valor del calor latente de vaporización a la temperatura a que ocurre la vaporización. •Bajo valor de la capacidad calorífica del líquido. •Temperatura crítica superior a la temperatura de funcionamiento más alta. •Tener un valor de presión de vapor superior a la presión atmosférica para las temperaturas inferiores de funcionamiento. •Bajo valor del volumen específico a las temperaturas inferiores de funcionamiento. •Estar en estado líquido a la presión atmosférica y a la temperatura ambiente. •Poca variación de la Entropía con la presión. •Alto valor de conductividad térmica. •Ser barato, estable, abundante, no inflamable, no explosivo, no corrosivo y no venenoso. No existe una sustancia que cumpla todos los requisitos enumerados anteriormente. El agua es el fluido normalmente utilizado en los ciclos de potencia debido a que es barata y abundante

Ventajas: Aumenta el trabajo entregado a la turbina, reducción de la presión del condensador, aumenta la presión de la caldera para una temperatura fija y recalentamientos intermedios del vaporDesventajas: es difícil comprimir isoentropicamente una mezcla con 2 fases y el proceso de condensación tendría que controlarse con mucha precisión para lograr al final las características deseadas

Ciclo de recalentamiento•La eficiencia del ciclo Rankine puede incrementarse también aumentando la presión de operación en la caldera. Sin embargo, un aumento en la presión de operación de la caldera origina un mayor grado de humedad en los últimos pasos de la turbina. Este problema puede solucionarse haciendo uso de recalentamiento, en donde el vapor a alta presión procedente de la caldera se expande solo parcialmente en una parte de la turbina, para volver a ser recalentado en la caldera. Posteriormente, el vapor retorna a la turbina, en donde se expande hasta la presión del condensador.

•El ciclo Rankine con recalentamiento puede ayudar a elevar mínimamente la eficiencia del ciclo, pero se usa para alargar el tiempo de vida de la turbina. Idealmente podríamos usar una cantidad infinita de recalentamientos para continuar elevando la eficiencia pero en la practica solo se usan dos o tres, ya que la ganancia de trabajos es muy pequeña.

• Intenta aproximarse a la eficiencia del ciclo de Carnot adicionando calor en incrementos al máximo nivel de temperatura posible.

•El vapor se expande libremente en una parte de la turbina y regresa al calentador, en donde se recalienta y se expande otra vez a través de la turbina.

Un ciclo ideal con recalentamiento, y su correspondiente diagrama temperatura-entropía aparece en la siguiente figura

Reduccion de la presión del condensador, aumenta la presión de la caldera, sobrecalienta la temperatura de entrada de la turbina y la expansión da lugar a los cuerpos de alta media y baja presión de turbina.Desventajas:el recalentamiento puede llegar a gastar mas energía del trabajo producido

• El diagrama T-s del ciclo Rankine ideal con re calentamiento y el esquema de la central eléctrica que opera en es te ciclo se muestran en la fi gura.

• El ciclo Rankine ideal con recalentamiento difiere del ciclo Rankine ideal simple en que el proceso de expansión sucede en dos etapas. En la primera (la turbina de alta presión), el vapor se expande isotrópicamente hasta una presión intermedia y regresa a la caldera donde se re calienta a presión constante, por lo general hasta la temperatura de entrada de la turbina de la primera etapa.

• Después, el vapor se expande isotrópicamente en la segunda etapa (turbina de baja presión) hasta la presión del condensador. De modo que la entrada de calor total y la salida total de trabajo de la turbina en un ciclo de recalentamiento vienen a ser:

La incorporación de un recalentamiento simple en una central eléctrica moderna mejora la eficiencia del ciclo en 4 o 5 por ciento, ya que se incrementa la temperatura promedio a la cual el calor se transfiere al vapor.

Ciclo de Brayton• El ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de

turbina de gas, como los utilizados en las aeronaves• Un ciclo Brayton (o Joule) ideal modela el comportamiento de una

turbina, como las empleadas en las aeronaves. Este ciclo está formado por cuatro pasos reversibles

• . Las turbinas de gas de ciclo abierto simple utilizan una cámara de combustión interna para suministrar calor al fluido de trabajo y las turbinas de gas de ciclo cerrado simple utilizan un proceso de transferencia para agregar o remover calor del fluido de trabajo.

• Al igual que en el ciclo Ranking, la eficiencia térmica del ciclo Brayton es la relación entre el trabajo neto desarrollado y el calor adicionado:

•   ηter = Wnet / qA

• La eficiencia térmica del ciclo Brayton para un gas ideal puede escribirse como:

•A diferencia del ciclo Ranking, el proceso de compresión para elevar la presión en el ciclo Brayton requiere un gran consumo de energía y gran parte del trabajo producido por la turbina es consumido por el compresor. Cualquier pérdida de presión en la cámara de combustión y demás componentes entre el compresor y la turbina debe compensarse con mayor trabajo en el compresor.

•La eficiencia del compresor y la turbina juegan un papel muy importante, debido a que eficiencias cercanas al 60% todo el trabajo producido por la turbina será consumido por el compresor y por tanto la eficiencia global sería cero.

AdmisiónEl aire frío a presión atmosférica entra por la boca de la turbina CompresorEl aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un compresor. Puesto que esta fase es muy rápida, se modela mediante una compresión adiabática A→B. Cámara de combustiónEl aire es calentado por la combustión del queroseno. Como la cámara está abierta el aire puede expandirse, por lo que el calentamiento se modela como un proceso isobaro B→C. TurbinaEl aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se expande y se enfría rápidamente, lo que se describe mediante una expansión adiabática C →D. EscapePor último, el aire enfriado sale al exterior. En este modelo el aire de salida simplemente cede calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya frío. En el diagrama PV esto corresponde a un enfriamiento a presión constante D→A.

El ciclo térmico que representa esta máquina es el ciclo Brayton. La máquina sigue un ciclo abierto, puesto que se renueva continuamente el fluido que pasa a través de ella. El aire es aspirado de la atmósfera y comprimido para después pasar a la cámara de combustión, donde se mezcla con el combustible y se produce la ignición. Los gases calientes, producto de la combustión, fluyen a través de la turbina. Allí se expansionan y mueven el eje, que acciona el compresor de la turbina y el alternador.

Ventajas: eficiencia térmica y trabajo neto desventajas:requiere un gran consumo de energía y gran parte deltrabajo producido por la turbina es consumido por el compresor, en unporcentaje que puede estar entre 40% y 80%

Ciclos combinados• La central térmica de ciclo combinado es aquella donde se genera

electricidad mediante la utilización conjunta de dos turbinas:• Un turbogrupo de gas • Un turbogrupo de vapor

• Es decir, para la transformación de la energía del combustible en electricidad se superponen dos ciclos:

• El ciclo de Brayton (turbina de gas): toma el aire directamente de la atmósfera y se somete a un calentamiento y compresión para aprovecharlo como energía mecánica o eléctrica.

• El ciclo de Rankine (turbina de vapor): donde se relaciona el consumo de calor con la producción de trabajo o creación de energía a partir de vapor de agua.

Las ventajas que tiene son:-Flexibilidad. La central puede operar a plena carga o cargas parciales, hasta con el 45% de la potencia máxima.-Eficiencia elevada. proporciona mayor eficiencia por un margen más amplio de potencias.-Sus emisiones son más bajas que en las centrales térmicas convencionales.-Coste de inversión bajo por MW instalado.-Periodos de construcción cortos.-Bajo consumo de agua de refrigeración.-Ahorro energético en forma de combustible

La utilización de gas natural para la generación de electricidad mediante la tecnología del ciclo combinado se encuentra dentro de la política medioambiental de un gran número de países, ya que ofrece un gran número de ventajas en comparación con el resto de tecnologías de producción eléctrica.

En concreto, las emisiones de CO 2 en relación a los kWh producidos son menos de la mitad de las emisiones de una central convencional de carbón

Funcionamiento de una central de ciclo combinado•En primer lugar el aire es comprimido a alta presión en el compresor, pasando a la cámara de combustión donde se mezcla con el combustible.•A continuación, los gases de combustión pasan por la turbina de gas donde se expansionan y su energía calorífica se transforma en energía mecánica, transmitiéndolo al eje.•Los gases que salen de la turbina de gas se llevan a una caldera de recuperación de calor para producir vapor, a partir de este momento tenemos un ciclo agua-vapor convencional.•A la salida de la turbina el vapor se condensa (transformándose nuevamente en agua) y vuelve a la caldera para empezar un nuevo ciclo de producción de vapor.•Actualmente la tendencia es acoplar la turbina de gas y la turbina de vapor a un mismo eje, de manera que accionan conjuntamente un mismo generador eléctrico.

Partes fundamentales de una central de ciclo combinado•Turbina de gas. Que consta de:

-Compresor, cuya función es inyectar el aire a presión para la combustión del gas y la refrigeración de las zonas calientes.

-Cámara de combustión, donde se mezcla el gas natural (combustible) con el aire a presión, produciendo la combustión.

-Turbina de gas, donde se produce la expansión de gases que provienen de la cámara de combustión.•Consta de tres o cuatro etapas de expansión y la temperatura de los gases en la entrada está alrededor de 1.400ºC saliendo de la turbina a temperaturas superiores a los 600ºC. •Caldera de recuperación. En esta caldera convencional, el calor de los gases que provienen de la turbina de gas se aprovecha en un ciclo de agua-vapor.•Turbina de vapor. Esta turbina acostumbra a ser de tres cuerpos y está basada en la tecnología convencional.• Es muy habitual que la turbina de gas y la turbina de vapor se encuentren acopladas a un mismo eje de manera que accionan un mismo generador eléctrico.

Ciclo de gases • Un motor de combustión interna basa su funcionamiento, como su

nombre lo indica, en el quemado de una mezcla comprimida de aire y combustible dentro de una cámara cerrada o cilindro, con el fin de incrementar la presión y generar con suficiente potencia el movimiento lineal alternativo del pistón

•Tipo de máquina que obtiene energía mecánica directamente de la energía química producida por un combustible que arde dentro de una cámara de combustión, la parte principal de un motor. Se utilizan motores de combustión interna de cuatro tipos: el motor cíclico Otto, el motor diesel, el motor rotatorio y la turbina de combustión

•Una característica clave de los motores de combustión interna es que en cada ciclo se aspira aire fresco, luego se adiciona el combustible y se quema en el interior del motor. Luego los gases quemados son expulsados del sistema y se debe aspirar nueva mezcla o aire. Por lo tanto se trata de un ciclo abierto.

•Este consta de las siguientes partes generales: Existe una presión mínima en el sistema equivalente a pa.

• Desde 1 hasta 2 se realiza una compresión, en teoría adiabática sin roce.• Entre 2 y 3 se realiza la combustión, con un aporte de calor Qabs.• Entre 3 y 4 se realiza la expansión de los gases calientes. Normalmente es en esta etapa donde se entrega la mayor parte del trabajo. Esta expansión es también, en teoría, adiabática y sin roce.

• En 4 se botan los gases quemados a la atmósfera. El ciclo es realmente abierto, pero se supone que se cierra entre 4 y 1, volviéndose el estado inicial. Se introduce, por lo tanto, el concepto de Ciclo de aire equivalente. Esto significa que suponemos que el ciclo lo describe solo aire, al cual lo hacemos pasar por una sucesión de estados tal que se reproduce el ciclo real. Esto implica las siguientes suposiciones y simplificaciones:

•Las propiedades del aire se suponen constantes para todo el ciclo (no varían ni Cp ni Cv, aunque en el caso real sí lo hacen por variación de temperatura y porque en parte del ciclo se trabaja con gases quemados). 

•Se supone un sistema cerrado. Es decir, el aire está cerrado dentro del sistema y se somete a las evoluciones equivalentes. 

•Entre 2 y 3 se supone que se aporta calor externamente para lograr la evolución equivalente. 

•En forma análoga, entre 4 y 1 se supone que se enfría el aire en forma equivalente

• Una evolución clave en este ciclo genérico es la compresión de base 1-2. En efecto, ella es característica de cada ciclo y es (relativamente) constante. En cambio en la operación real, la cantidad de calor Qabs puede variar en forma importante, por lo tanto también varía la evolución 3-4. Pero la compresión de base es relativamente estable. Se puede demostrar fácilmente que el rendimiento de la compresión de base queda expresado por:

Ciclo de Otto para motor de gasolina• El ciclo Otto es el ciclo termodinámico que se aplica en los motores

de combustión interna de encendido provocado (motores de gasolina). Inventado por Nicolaus Otto en 1876. Se caracteriza porque en una primera aproximación teórica, todo el calor se aporta a volumen constante.

• En total, el ciclo se compone de dos subidas y dos bajadas del pistón, razón por la que se le llama motor de cuatro tiempos.

• En un motor real de explosión varios cilindros actúan simultáneamente, de forma que la expansión de alguno de ellos realiza el trabajo de compresión de otros.

Las fases de operación de este motor son las siguientes:

•1-Admisión: El pistón baja con la válvula de admisión abierta, aumentando la cantidad de mezcla en la cámara. Esto se modela como una expansión a presión constante. En el diagrama PV aparece como la línea recta E→A.

•2-Compresión: El pistón sube comprimiendo la mezcla, proceso es adiabático. Se modela como la curva adiabática reversible A→B, aunque no lo es por la fricción. Combustión: Con el pistón en su punto más alto, salta la chispa de la bujía. Calienta bruscamente el aire a volumen prácticamente constante. Esto se representa por una isocora B→C. Este paso es claramente irreversible, pero para el caso de un proceso isocora en un gas ideal el balance es el mismo que en uno reversible.

•3-Expansión:La alta temperatura del gas empuja al pistón hacia abajo, realizando trabajo sobre él. Se aproxima por una curva adiabática reversible C→D.

•4-Escape: Se abre la válvula de escape y el gas sale al exterior, empujado por el pistón a una temperatura mayor que la inicial. Dado que la cantidad de aire que sale y la que entra es la misma podemos suponer que es el mismo aire, que se ha enfriado. Este enfriamiento ocurre en dos fases. Cuando el pistón está en su punto más bajo, el volumen permanece aproximadamente constante y tenemos la isocora D→A. Cuando el pistón empuja el aire hacia el exterior, con la válvula abierta, empleamos la isobara A→E, cerrando el ciclo.

• En la ignición de la mezcla B→C, una cierta cantidad de calor Qc (procedente de la energía interna del combustible) se transfiere al aire. Dado que el proceso sucede a volumen constante, el calor coincide con el aumento de la energía interna

• • En la expulsión de los gases D→A el aire sale a una temperatura mayor que a la entrada, liberando posteriormente un calor | Qf | al ambiente. En el modelo de sistema cerrado, en el que nos imaginamos que es el mismo aire el que se comprime una y otra vez en el motor, modelamos esto como que el calor | Qf | es liberado en el proceso D→A, por enfriamiento. El valor absoluto viene de que, siendo un calor que sale del sistema al ambiente, su signo es negativo. Su valor, análogamente al caso anterior, es

•El árbol de manivela convierte el movimiento de vaivén del pistón en otro de rotación. Durante dos revoluciones sólo hay un acto de trabajo, lo que provoca vibraciones fuertes. Para reducir éstas, un motor normalmente tiene varios cilindros, con las carreras de trabajo bien repartidas. En coches corrientes hay motores de 4 cilindros, en los de lujo 6, 8, 12 o aún más

Ventajas: consume menos combustible, motor mas confiable y tiene mejor torqueDesventajas: muy pesado, menos potencia

Ciclo de motor Diesel• La combustión no se produce por la ignición de una chispa en el interior de la

cámara• Este aprovecha las propiedades químicas del gasóleo, comprime el aire hasta

alcanzar una temperatura superior a la auto ignición.• El combustible es inyectado a presión en este aire caliente produciéndose:• COMBUSTIÓN DE LA MEZCLA.• Se diferencia del motor de ciclo Otto de gasolina, por el uso de una mayor

compresión del combustible para encenderlo, en vez de usar bujías de encendido

•En el motor diesel, el aire se comprime adiabáticamente con una proporción de compresión típica entre 15 y 20. Esta compresión, eleva la temperatura al valor de encendido de la mezcla de combustible que se forma, inyectando gasoil una vez que el aire está comprimido.

•El ciclo estándar de aire ideal, se organiza como un proceso adiabático reversible, seguido de un proceso de combustión a presión constante, luego una expansión adiabática para una descarga de potencia, y finalmente una expulsión de humos isovolumétrica. Al final de la expulsión de humos, se toma una nueva carga de aire tal como se indica en el proceso a-e-a del diagrama.

•Características del motor diésel •En la admisión como se produce aire•Dispone de un sistema de inyección que introduce el combustible pulverizado en la cámara de combustión

•La inyección se obtiene por contacto con el aire, que ha adquirido una alta temperatura debido a la alta comprensión.

Ventajas: es su bajo consumo de combustibleDesventajas: la adopción de la precamara para los motores de automoción

• Puesto que la compresión y la descarga de potencia de este ciclo idealizado son adiabáticos, se puede calcular la eficiencia a partir de los procesos a presión y a volumen constantes. Las energía de entrada y salida y la eficiencia, se pueden calcular a partir de las temperaturas y calores específicos:

Es conveniente expresar esta eficiencia en términos de la relación de compresión rC = V1/V2 y la relación de expansión rE = V1/V3. La eficiencia se puede escribir

Ciclo Stirling•Se trata de un ciclo altamente ideal cuya realización práctica, incluso en forma aproximada entraña serias dificultades. No obstante, en los últimos años ha adquirido relevancia con el desarrollo de motores de Stirling, que funcionan de manera aproximada según este ciclo.

Un ciclo de Stirling ideal se compone de cuatro procesos reversibles:

•Compresión isoterma A→BEl gas se comprime desde un volumen inicial VA hasta uno final VB, inferior, manteniendo su temperatura constante en un valor T1 (a base de enfriar el gas de forma continuada).

•Calentamiento a volumen constante B→CEl gas se calienta desde la temperatura T1 a la temperatura T2 manteniendo fijo su volumen.

•Expansión isoterma C→DEl gas se expande mientras se le suministra calor de forma que su temperatura permanece en su valor T2.

•Enfriamiento isócoro D→ASe reduce la temperatura del gas de nuevo a su valor T1 en un proceso a volumen constante

• Lo que hace especial al ciclo de Stirling es la presencia de un intercambiador de calor. En el enfriamiento del gas, se pasa de la temperatura T2 a T1 liberando calor. En el calentamiento, se pasa de T1 a T2, absorbiendo calor. Puesto que se pasa por las mismas temperaturas es (teóricamente) posible aprovechar el calor liberado al enfriarse sin violar el segundo principio de la termodinámica: el calor que se va liberando gradualmente en un punto del enfriamiento se cede al punto a la misma temperatura en el calentamiento. Puesto que ambos puntos se encuentran a la misma temperatura el proceso es reversible

• Rendimiento

• En este proceso se absorbe calor en al calentamiento isócoro y la expansión isoterma, y se cede en los otros dos procesos. El valor neto del calor absorbido es

• y del cedido

• de forma que el rendimiento es

• siendo r la relación de compresión.

• Podemos comprobar que este rendimiento es siempre menor que el de una máquina reversible que opere entre estas dos temperaturas

• siendo la diferencia

• Ventajas: El aporte de calor es externo, funciona con cualquier fuente de calor, se puede usar un proceso de combustión continua, una maquina Stirling usa un fluido de trabajo de una única fase, Se pueden construir para un funcionamiento silencioso y sin consumo de aire para propulsión de submarinos o en el espacio y son extremadamente flexibles pudiéndose utilizar para cogeneración en invierno y como refrigeración en verano.

•Desventajas: requieren intercambiadores de calor de entrada y salida, aumentar la diferencia de temperatura o la presión permite motores mas pequeños, la disipación de calor en el foco frío es complicada, el Hidrogeno por su baja viscosidad, alto calor especifico y conductividad térmica es el fluido de trabajo por excelencia en términos de termodinámica y dinámica de fluidos. Sin embargo presenta problemas de confinamiento y difusión a través de los metales. 

Conclusion •Con este curso de tedrmodinamica aprendimos sobre la obtención de trabajo a partir de dos fuentes térmicas a distinta temperatura se emplea para producir movimiento, como los motores o en los alternadores empleados en la generación de energía eléctrica

•. Lo mas importante a tomar en cuenta es el rendimiento que caracteriza a un ciclo termodinámico, y se define como el trabajo obtenido dividido por el calor gastado en el proceso, en un mismo tiempo de ciclo completo si el proceso es continuo.

•Si el rendimiento fuese perfecto todo el calor que se suministra se podría transformar en calor, pero esto no es así ya que hay pérdidas de calor.