Ciclos termodinámicos

Ciclos teóricos de Carnot, Otto, Diesel, Rankine y límites de eficiencia máxima.

Idea general del tema

Un ciclo termodinámico encadena procesos básicos para que el sistema vuelva a su estado inicial produciendo trabajo neto. Este tema estudia los ciclos de referencia que modelan máquinas térmicas reales y su rendimiento teórico máximo.

Qué vas a comprender de verdad

• Por qué el ciclo de Carnot fija el límite teórico de rendimiento de cualquier máquina térmica entre dos focos de temperatura.
• Cómo el ciclo de Otto modela un motor de gasolina mediante procesos adiabáticos e isocóricos alternados.
• Cómo el ciclo Diesel se diferencia del de Otto al sustituir la combustión isocórica por una isobárica.
• Cómo los ciclos Brayton y Rankine describen turbinas de gas y centrales de vapor respectivamente, con procesos isobáricos y adiabáticos.

Ruta didáctica recomendada

1. Carnot: el ciclo reversible ideal y su rendimiento límite.
2. Otto: el ciclo del motor de encendido por chispa.
3. Diesel: el ciclo del motor de encendido por compresión.
4. Brayton-Rankine: los ciclos de turbinas de gas y de vapor.

Criterio físico que debes adquirir

El rendimiento de Carnot depende solo de las temperaturas de los focos, nunca del gas de trabajo ni del diseño mecánico; ningún ciclo real puede superarlo, y esa comparación es siempre el primer chequeo de coherencia de cualquier resultado.

Conexión con problemas reales

Estos ciclos son la base teórica del diseño de motores de combustión interna, turbinas de avión, centrales térmicas de vapor y cualquier análisis de eficiencia energética de una máquina térmica real.

Objetivo final del tema

Reconocer los procesos que componen cada ciclo, calcular su rendimiento y comparar cualquier ciclo real frente al límite teórico impuesto por Carnot.