Se denomina ciclo termodinámico al circuito de transformaciones termodinámicas realizadas en uno o más dispositivos o máquinas térmicas. El objetivo de estas transformaciones es la obtención de trabajo a partir de dos fuentes de calor a distinta temperatura, o de manera inversa, a producir mediante la aportación de trabajo el paso de calor de la fuente de menor temperatura a mayor temperatura.
La obtención de trabajo a partir de dos fuentes térmicas a distinta temperatura se emplea para producir movimiento. Por ejemplo, el accionamiento de turbinas para la generación de energía eléctrica.
En un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico de obtención de trabajo. Se aporta trabajo externo al ciclo para conseguir que la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más caliente, al revés de como tendería a suceder naturalmente. Esta disposición se emplea en las máquinas de aire acondicionado y en refrigeración.
Rendimiento de un ciclo termodinámico
El rendimiento se define como el trabajo obtenido dividido por el calor cedido en el proceso termodinámico, en un mismo tiempo de ciclo completo si el proceso es continuo. Este parámetro es diferente según los múltiples tipos de ciclos termodinámicos que existen, pero está limitado por el factor o rendimiento de Carnot.
El rendimiento es el principal parámetro que caracteriza a un ciclo termodinámico.
Ejemplos de ciclos termodinámicos
Existen muchos tipos de ciclos termodinámicos. A continuación, exponemos algunos de los ejemplos destacados:
1. Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot es un ciclo teórico diseñado para comparar la eficiencia térmica de las máquinas térmicas. Es un ciclo reversible realizado por una "máquina de Carnot" conectada a dos fuentes de diferente temperatura. Utiliza como agente de trabajo un gas ideal mediante cuyas transformaciones se obtiene trabajo mecánico.
2. Ciclo de Rankine orgánico
El Ciclo de Rankine orgánico es un modelo de predicción del funcionamiento de un sistema de turbinas de vapor. Este modelo utiliza un fluido orgánico de alto peso molecular con un cambio de fase de líquido a vapor o punto de ebullición, que sucede a temperatura más baja que el cambio de fase de agua a vapor.
3. Ciclo Diesel
El ciclo diesel es uno de los ciclos más utilizados en los motores térmicos de los automóviles.
En este tipo de motor el movimiento se produce por la autoignición del combustible debido a altas temperaturas provocadas por la compresión del combustible.
Durante el ciclo diésel se producen cuatro procesos: dos procesos isentrópicos alternados con un proceso isocórico y un proceso isobárico.
4. Ciclo Stirling
El ciclo de Stirling es un ciclo termodinámico que expresa los motores del principio de Stirling
El ciclo de Stirling se considera un ciclo reversible, lo que significa que si se agrega energía mecánica al ciclo, actuará como una bomba de calor para calentar o enfriar e incluso para un enfriamiento profundo o extremo.
También es un ciclo cerrado en el que el fluido que fluye en su interior nunca sale del ciclo.