Ciclos Termodinámicos

Thermodynamic Cycles

• A thermodynamic cycle is a series of processes used to convert thermal energy into mechanical energy or vice versa.
• Types of thermodynamic cycles:
  • Carnot cycle: ideal cycle with maximum efficiency, consists of isothermal expansion, adiabatic expansion, isothermal compression, and adiabatic compression.
  • Rankine cycle: used in steam power plants, consists of isothermal expansion, isobaric expansion, isothermal compression, and isobaric compression.
  • Brayton cycle: used in gas turbines, consists of isobaric compression, isobaric expansion, isothermal expansion, and isothermal compression.
  • Otto cycle: used in internal combustion engines, consists of isobaric compression, isochoric heating, isobaric expansion, and isochoric cooling.

Gas Laws

• Laws that describe the behavior of ideal gases:
  • Boyle's Law: P1V1 = P2V2, states that the product of pressure and volume is constant at constant temperature.
  • Charles' Law: V1/T1 = V2/T2, states that the volume of a gas is directly proportional to the temperature at constant pressure.
  • Gay-Lussac's Law: P1/T1 = P2/T2, states that the pressure of a gas is directly proportional to the temperature at constant volume.
  • Avogadro's Law: V = nRT, states that the volume of a gas is equal to the number of moles of gas multiplied by the gas constant and temperature.
  • Ideal Gas Law: PV = nRT, combines the above laws and describes the behavior of ideal gases.

Energy Transfer

• Types of energy transfer:
  • Heat Transfer: transfer of energy from one body to another due to a temperature difference.
  • Work: transfer of energy through a force applied over a distance.
  • Internal Energy: total energy of a system, including kinetic energy, potential energy, and potential energy associated with the molecular structure of the system.
  • Enthalpy: total energy of a system, including internal energy and the energy associated with the pressure and volume of a system.
• Energy transfer processes:
  • Isothermal: occurs at constant temperature.
  • Adiabatic: occurs without heat transfer.
  • Isobaric: occurs at constant pressure.
  • Isochoric: occurs at constant volume.

Ciclos Termodinámicos

• Un ciclo termodinámico es una serie de procesos utilizados para convertir energía térmica en energía mecánica o viceversa.
• Tipos de ciclos termodinámicos:
• Ciclo de Carnot: ciclo ideal con eficiencia máxima, compuesto por expansión isoterma, expansión adiabática, compresión isoterma y compresión adiabática.
• Ciclo de Rankine: utilizado en centrales eléctricas de vapor, compuesto por expansión isoterma, expansión isobárica, compresión isoterma y compresión isobárica.
• Ciclo de Brayton: utilizado en turbinas de gas, compuesto por compresión isobárica, expansión isobárica, expansión isoterma y compresión isoterma.
• Ciclo de Otto: utilizado en motores de combustión interna, compuesto por compresión isobárica, calentamiento isócorico, expansión isobárica y enfriamiento isócorico.

Leyes de los Gases

• Leyes que describen el comportamiento de los gases ideales:
• Ley de Boyle: P1V1 = P2V2, establece que el producto de la presión y el volumen es constante a temperatura constante.
• Ley de Charles: V1/T1 = V2/T2, establece que el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura a presión constante.
• Ley de Gay-Lussac: P1/T1 = P2/T2, establece que la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura a volumen constante.
• Ley de Avogadro: V = nRT, establece que el volumen de un gas es igual al número de moles de gas multiplicado por la constante de los gases y la temperatura.
• Ley de los Gases Ideales: PV = nRT, combina las leyes anteriores y describe el comportamiento de los gases ideales.

Transferencia de Energía

• Tipos de transferencia de energía:
• Transferencia de Calor: transferencia de energía de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura.
• Trabajo: transferencia de energía a través de una fuerza aplicada sobre una distancia.
• Energía Interna: energía total de un sistema, incluyendo energía cinética, energía potencial y energía potencial asociada con la estructura molecular del sistema.
• Entalpía: energía total de un sistema, incluyendo energía interna y la energía asociada con la presión y el volumen del sistema.
• Procesos de transferencia de energía:
• Isothermal: ocurre a temperatura constante.
• Adiabático: ocurre sin transferencia de calor.
• Isobárico: ocurre a presión constante.
• Isochorico: ocurre a volumen constante.