Análisis de un ciclo y su rendimiento térmico

Segunda ley de la termodinámica

Ningún motor real o ideal puede convertir en trabajo mecánico todo el calor introducido.

Por tanto, sólo una fracción del calor suministrado por la combustión será transformada en trabajo; esta fracción representa el rendimiento térmico del motor. Entonces definimos,

Rendimiento térmico ideal

Relación entre la cantidad de calor transformada en trabajo útil y la cantidad de calor suministrada al fluido.

Como el trabajo útil equivale a la diferencia entre el calor suministrado Q1 y el calor sustraído Q2tenemos:

Cualquiera puede formarse una idea más completa del concepto de rendimiento térmico y adquirir familiaridad con la interpretación de los diagramas examinando la sucesión de transformaciones en coordenadas P-V y T-S para un ciclo ideal.

Compresión

La zona amarilla (L2) representa el trabajo realizado por el pistón. El pistón se mueve desde el punto muerto inferior hasta el punto muerto superior.

Diagrama presión/temperatura del ciclo de un motor. Compresión.

Combustión

Se introduce de forma instantánea el calor producido por la combustión, puesto que el ciclo es a volumen constante. La zona azul QI representa el calor suministrado.

Expansión

El pistón se mueve, por defecto, de la presión del fluido, desde el punto muerto superior al punto muerto inferior. El trabajo LI producido por el fluido activo durante la expansión está representado en coordenadas P-V, por la zona rayada comprendida entre la línea de expansión adiabática superior y el eje de las abscisas.

Escape

En este instante sobreviene el escape a volumen constante y durante esta fase del ciclo se sustrae el calor Q2 mientras la presión desciende. En la parte derecha, el calor Q está representado, en coordenadas T-S, por la superficie azul oscuro. En violeta se representa el trabajo útil i en azul claro el calor utilizado.

 

Como el trabajo útil, evidentemente, igual al calor utilizado, podemos escribir:

de este modo podemos simplificar el cálculo del trabajo útil y del rendimiento térmico de ciclo usando los valores Q1 y Q2 en lugar de L1 y L2.