Ciclo reale di una motrice a vapore.
1) Fase di introduzione del vapore (F-A-B).
2) Fase di espansione (B-C).
3) Fase di scarico (C-D-E).
4) Fase di compressione (E-F-A).
Aprendo la valvola di ammissione (A) il vapore entra nel cilindro ad una pressione leggermente inferiore a quella della caldaia. Finchè la valvola resta aperta la pressione nel cilindro rimane costante perchè lo stantuffo si sposta verso destra.
La fase di ammissione avviene a pressione costante ed è rappresentata graficamente dal segmento A-B parallelo all'asse dei volumi (trasformazione isobarica).
A questo punto viene istantaneamente chiusa la valvola di ammissione, il vapore continua ad espandersi e spinge lo stantuffo fino al punto morto di destra. La pressione del vapore diminuisce mentre il volume, generato dallo spostamento del pistone, aumenta.
Questa trasformazione avviene senza scambio di calore con l'esterno ed è quindi una adiabatica.
La fase di espansione finisce al punto C quando viene aperta la valvola di scarico: la pressione scende di colpo al valore dell'ambiente entro il quale il vapore si scaricherà.
Come previsto da Carnot, senza punto freddo il ciclo non produce lavoro utile. Se lo scarico avviene nel condensatore il punto D si abbassa, l'area del ciclo aumenta e maggiore è il lavoro utile prodotto dal ciclo.
La fase di scarico avviene a volume costante e quindi è una isometrica rappresentata dal segmento C-D parallelo all'asse delle pressioni..
In D il pistone inizia la sua corsa di ritorno. Fino al punto E la pressione non aumenta perchè la valvola di scarico resta aperta.
Questo tratto di ciclo avviene a pressione costante (trasformazione isobarica) retta D-E parallela all'asse dei volumi.
Prima che il pistone giunga al punto morto di sinistra viene chiusa la valvola di scarico (punto E).Il pistone continua la corsa verso sinistra, il volume del vapore rimasto nel cilindro diminuisce e la sua pressione aumenta. Non c'è scambio di calore con l'esterno.
Dal punto E al punto F si ha una trasformazione adiabatica.
Il pistone raggiunge il punto morto di sinistra, viene aperta la valvola di ammissione del vapore, la pressione sale di colpo al valore già visto per l'inizio del ciclo.
Questo tratto di ciclo (F-A) avviene a volume costante (trasformazione isometrica.
Tutto ricomincia.
In pratica non è possibile aprire la valvola di scarico nell'istante preciso in cui il pistone giunge al punto morto di destra. L'apertura avviene alcuni istanti prima. In corrispondenza della fase di scarico il ciclo di trasformazione deve essere leggermente arrotondato.
L'area racchiusa dal ciclo e colorata di rosso rappresenta il lavoro che la macchina compie ad ogni ciclo. Il diagramma vale anche per una macchina a doppio effetto.