DEFINICIÓN DE CICLO TERMODINÁMICO Comprende una secuencia de procesos que partiendo del origen y pasando por diversos puntos (estados termodinámicos) retorna a su estado inicial.
Los ciclos se completan periódicamente en función del tiempo y pueden ser repetitivos, un caso real de esto es el motor de un vehículo, en el cual se produce un ciclo cada vez que la bujía produce chispa.
En el análisis de ciclos en los gases ideales se tendrá particular interés en determinar: las propiedades de estado, proceso, el calor suministrado, el calor cedido, el trabajo neto, la eficiencia y la presión media efectiva.
ELEMENTOS DE UN CICLO En todo ciclo cualquiera sea este, siempre existirán cuatro elementos fundamentales que son:
Fuente de calor : es el elemento, del cual se puede extraer el calor del ciclo (ejemplo: combustible).
Sumidero de calor : A este lugar o ambiente es a donde se arroja el calor no utilizado por la máquina térmica (ejemplo: medio ambiente, condensadores).
Sustancia de trabajo: Es aquel fluido compresible, que es capaz de almacenar o ceder energía del ciclo termodinámico(ejemplo: vapor de agua, aire, etc).
Motor o máquina térmica : Es aquella que es capaz de transformar el calor en trabajo o el trabajo en calor (ejemplo ( ejemplo:: turbina de vapor, motor de combustión interna, etc).
Ciclos reversibles. Un ciclo compuesto enteramente de procesos reversibles se conoce como ciclo reversible. Si todos los procesos son enteramente reversibles, el ciclo es internamente reversible. Como ejemplo de un ciclo reversible, se considera un gas atrapado en un cilindro tras un pistón, el cual cumplirá con los siguientes procesos:
Gas
Gas atrapado dentro de un cilindro.
Proceso
Descripción
1-2
El
gas
Comentario se
expande Durante este proceso se añade calor al gas y el
reversiblemente
a
presión gas realiza trabajo sobre el entorno.
constante
2-3
El gas se expande reversible y Durante este proceso no hay transferencia de adiabáticamente
hasta
la calor y el gas realiza trabajo sobre el entorno.
temperatura inicial. Durante el proceso se realiza trabajo sobre el 3-1
El gas se comprime reversible gas y se elimina el calor. e isotérmicamente a su estado inicial.
En la tabla anterior se observa claramente que el ciclo esta compuesto por tres procesos, los cuales se pueden identificar de mejor manera en la figura siguiente.
p
T1=T2
1
T
2
3
3
V1
V2
V
Ciclo de tres procesos. Para que este ciclo sea reversible, cada proceso debe ser reversible. Esto significa que puede transferirse calor únicamente a través de diferencias de temperatura infinitesimal.
Segunda ley de la termodinámica. La incapacidad que tiene la primera ley de la termodinámica para identificar si un proceso puede ocurrir o no, se soluciona cuando se analiza la segunda ley de la termodinámica, esta ley es uno de los axiomas más importantes que se conoce, e impone
severas restricciones a la primera ley de la termodinámica. Anteriormente se dijo que la primera ley establece la conservación de la energía en todos los procesos, pero la segunda ley nos indica que “Todo proceso es degenerativo”.
Dicho de otra manera, se dice que la primera ley de la termodinámica trata de la cantidad de energía en términos de una regla de conservación; la segunda ley trata de la calidad de la energía. La idea de calidad surge cuando se hace necesario optimizar la conservación, transmisión y consumo de energía. La segunda ley permite, además, medir la degradación o cambio de la calidad de la energía en términos cuantitativos, con lo cual tenemos otra definición importante de la segunda ley de la termodinámica, la misma que expresa lo siguiente: Ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia térmica del cien por ciento.[1]