A termodinâmica e os ciclos termodinâmicos surgiram para estudar as máquinas térmicas com o objetivo de aumentar suas eficiências. A primeira patente de uma máquina térmica foi obtida pelo engenheiro e capitão da marinha britânica Thomas Savery em 1698, após apresentar sua invenção ao rei da Inglaterra. Um ano depois, sua patente foi estendida até 1732, e lhe dava direito sobre qualquer máquina que utilizasse o fogo para gerar trabalho. Era na verdade uma bomba para remover água das minas de carvão. Em 1712 Newcomen apresenta uma máquina mais eficiente, mas a patente de Savery exigiu que ambos se associassem. Um novo desenvolvimento só ocorre com James Watt.
Na primeira parte do curso serão apresentados os ciclos de geração de potência a vapor. Essa é, ainda hoje, a principal forma de geração de energia no mundo.
O ciclo teórico, com a máxima eficiência possível, é chamado de Ciclo de Carnot, em homenagem ao engenheiro francês que, em 1824, publicou um livro procurando compreender quais eram os princípios físicos responsáveis pelo funcionamento das máquinas térmicas. Seu desenvolvimento se baseou na teoria do calórico, proposta por Lavoisier, que afirmava que o calórico era um fluído sem massa, cuja presença era caracterizada pela alta temperatura. Por analogia a uma roda d’água, cuja queda da água leva ao movimento, a “queda” do calórico de regiões quentes para frias resultava no trabalho da máquina térmica. Embora a teoria do calórico tenha sido superada e substituída pela teoria da equivalência mecânica do calor, proposta por Conde Rhumford e defendida por James Joule, os trabalho de Carnot tem grande importância, apresentando o conceito de processos reversíveis, e iluminando o princípio de funcionamento de todas as máquinas térmicas.
O ciclo prático é o de Rankine. Inicialmente será apresentada a mínima modificação necessária para se converter o ciclo de Carnot no de Rankine, e após os efeitos das irreversibilidades serão introduzidos, assim como formas de se aumentar o rendimento, seja pelo superaquecimento do vapor, reaquecimento e múltiplas turbinas.
