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Abrir el simulador

Otto, Diesel, Brayton, Carnot y Stirling en diagramas p-V y T-S con el calor y el trabajo de cada tramo.
Un motor de coche, una central térmica o el motor de un avión hacen lo mismo: toman calor de un foco caliente, convierten una parte en trabajo y tiran el resto a un foco frío. Lo hacen repitiendo un ciclo, una secuencia de procesos que devuelve el gas a su estado inicial. Este simulador compara los ciclos más importantes y muestra por qué ninguno puede superar el rendimiento de Carnot.

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Lo que vas a aprender

  • Los cuatro procesos básicos de un gas ideal.
  • El primer principio de la termodinámica aplicado a cada tramo.
  • Cómo leer el trabajo y el calor en los diagramas p-V y T-S.
  • El rendimiento de los ciclos Otto, Diesel, Brayton, Carnot y Stirling.
  • Por qué el ciclo de Carnot marca el límite.

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Cómo se usa el simulador

  • Ciclo: Otto, Diesel, Brayton, Carnot o Stirling. Gas: diatómico (γ=1,4\gamma = 1{,}4) o monoatómico (γ=5/3\gamma = 5/3).
  • Los diagramas p-V y T-S dibujan el ciclo para 1 mol de gas ideal.
  • La tabla Procesos da, para cada tramo, el tipo de proceso, QQ, WW y ΔU\Delta U. La tabla Estados da pp, VV y TT en cada vértice.
  • El panel muestra el rendimiento, el límite de Carnot, el calor absorbido y cedido, el trabajo neto y un balance de energía.

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Fundamentos teóricos

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Primer principio

La energía interna de un gas cambia por el calor que recibe y el trabajo que hace: Q=W+ΔUQ = W + \Delta U con Q>0Q > 0 si el gas absorbe calor y W>0W > 0 si el gas hace trabajo al expandirse. En un gas ideal, ΔU=n cv ΔT\Delta U = n\,c_v\,\Delta T solo depende de la temperatura.

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Los cuatro procesos

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Diagramas p-V y T-S

  • En el p-V, el área bajo una curva es el trabajo; el área encerrada por el ciclo es el trabajo neto.
  • En el T-S, el área bajo una curva es el calor; el área encerrada también es el trabajo neto. Los adiabáticos son rectas verticales y los isotermos, horizontales.

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Rendimiento

En un ciclo ΔU=0\Delta U = 0, así que W=Qabs−QcedW = Q_{abs} - Q_{ced}: η=WQabs=1−QcedQabs\eta = \frac{W}{Q_{abs}} = 1 - \frac{Q_{ced}}{Q_{abs}}

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Los ciclos

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El límite de Carnot

El segundo principio dice que ninguna máquina que funcione entre dos focos a TcT_c y TfT_f puede tener más rendimiento que: ηCarnot=1−TfTc\eta_{\text{Carnot}} = 1 - \frac{T_f}{T_c} Siempre en kelvin. Para acercarse a él hay que calentar más o enfriar más.

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Ejemplos resueltos

Ejemplo 1 · Ciclo Otto

Con aire (γ=1,4\gamma = 1{,}4) y r=9r = 9: η=1−1/90,4=1−1/2,41=58,5 %\eta = 1 - 1/9^{0{,}4} = 1 - 1/2{,}41 = 58{,}5\,\%.
Entre 300 K y 1800 K: η=1−300/1800=83,3 %\eta = 1 - 300/1800 = 83{,}3\,\%. El Otto del ejemplo anterior se queda bastante por debajo.
Un diésel con r=18r = 18 y relación de corte rc=2r_c = 2:η=1−1rγ−1⋅rcγ−1γ(rc−1)=1−1180,4⋅21,4−11,4=63,2 %\eta = 1 - \dfrac{1}{r^{\gamma - 1}} \cdot \dfrac{r_c^\gamma - 1}{\gamma(r_c - 1)} = 1 - \dfrac{1}{18^{0{,}4}} \cdot \dfrac{2^{1{,}4} - 1}{1{,}4} = 63{,}2\,\%.Rinde más que el Otto de r=9r = 9 porque comprime mucho más.
Una turbina con relación de presiones 10: η=1−1/100,4/1,4=48,2 %\eta = 1 - 1/10^{0{,}4/1{,}4} = 48{,}2\,\%.

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Experimenta con el simulador

1

Otto y la compresión

En el Otto, sube rr de 4 a 14. ¿Cómo cambia el rendimiento? ¿Depende de TmaˊxT_{\text{máx}}?
2

Carnot

En el Carnot, cambia las temperaturas. Comprueba que el rendimiento coincide con el límite.
3

Áreas

Compara el área encerrada en el p-V y en el T-S. ¿Coinciden con el trabajo neto de la tabla?
4

Monoatómico

Cambia a gas monoatómico. ¿Sube o baja el rendimiento del Otto?

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Errores frecuentes

  • Usar °C en el rendimiento de Carnot.
  • Olvidar que en un isotermo ΔU=0\Delta U = 0 y todo el calor se convierte en trabajo.
  • Confundir signos de QQ y WW. Revisa el convenio de tu libro.
  • Pensar que un rendimiento del 100 % es posible en teoría. El segundo principio lo prohíbe.

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Preguntas frecuentes

Por el segundo principio. El ciclo de Carnot intercambia todo el calor a las temperaturas extremas y sin irreversibilidades; cualquier otro rinde igual o menos.
En el Otto la combustión es instantánea, a volumen constante; en el Diesel el combustible arde mientras el pistón baja, a presión constante. Con la misma rr rinde más el Otto, pero el diésel puede comprimir mucho más.

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Última modificación el 6 de octubre de 2026