Ciclo De Carnot

EL CICLO DE CARNOT

El ciclo de Carnot es compone de cuatro procesos totalmente reversibles: adición de calor isotérmica, expansión isentrópica, rechazo de calor isotérmico y compresión isentrópica. El ciclo de Carnot puede ser ejecutado en un sistema cerrado (un dispositivo de cilindro-émbolo) o en un sistema de flujo estacionario (usando dos turbinas y dos compresores), y pueden emplearse gas o vapor como el fluido de trabajo. EL ciclo de Carnot es el ciclo más eficiente que puede ejecutarse entre una fuente térmica a temperatura TH y un sumidero TV, y su eficiencia térmica se expresa como

ƞ_terCarnot=1-T_L/T_H

La transferencia de calor isotérmica reversible es muy difícil de lograr en la práctica porque requeriría intercambiadores de calor muy grandes y necesitaría mucho tiempo (un ciclo de potencia en una maquina común se completa en una fracción de un segundo).

Por lo tanto, no es práctico construir una máquina que opere en un ciclo que se aproxima en gran medida al de Carnot.

El valor real del ciclo de Carnot reside en que es el estándar contra el cual puede compararse ciclos reales o ideales. La eficiencia térmica de un ciclo de Carnot es una función de las temperaturas del sumidero y de la fuente, y la relación de la eficiencia para este ciclo transmite un importante mensaje que es igualmente aplicable a ciclos ideales reales, esto nos deja con el siguiente postulado: “la eficiencia térmica aumenta con incremento en la temperatura promedio a la cual se suministra calor hacia el sistema o con una disminución en la temperatura promedio a la cual el calor se rechaza del sistema.

Sin embargo, las temperaturas de la fuente y el sumidero que pueden emplearse en la práctica tienen límites. La temperatura más alta en el ciclo es limitada por la temperatura máxima que pueden soportar los componentes de la maquina térmica, como el embolo o los alabes de la turbina. La temperatura más baja está limitada por la temperatura del medio de enfriamiento utilizado en el ciclo, como un lago, un rio o el aire atmosférico.

El ciclo de Carnot, que puede funcionar como sistema cerrado como sistema de flujo en régimen estacionario, está compuesto por dos procesos isotermos e internamente reversibles y dos procesos adiabáticos e internamente reversibles. La secuencia de los cuatro procesos es la siguiente:

Una expresión isotérmica e internamente reversible durante la cual se suministra un calor QA,sum al fluido de trabajo que está a la temperatura de la frontera TA.

Una expansión adiabática e internamente reversible del fluido de trabajo hasta que alcanza la temperatura inferior TB.

Una compresión isoterma e internamente irreversible durante la cual se cede un calor QB,ced a la temperatura de la frontera TB.

Una compresión adiabática e internamente reversible del fluido de trabajo hasta que alcanza la temperatura alta inicial TA.

En un ejemplo de un motor térmico de Carnot se muestra el gas contenido en un dispositivo cilindro-émbolo. Se suministra un calor QA a la sustancia de trabajo del motor, que se encuentra a una temperatura TA. Mientras se suministra el calor, la sustancia de trabajo se expande de forma isoterma. Durante la expansión se obtiene trabajo. Durante la expansión isoentrópica se obtiene un trabajo adicional. La temperatura del estado 3 es TB. A continuación se comprime el sistema de forma isoterma hasta el estado 4. Durante el proceso de compresión se cede un calor QB a la temperatura de la frontera TB. El estado 4 se elige de modo que, mediante la compresión final adiabática e internamente reversible, la sustancia de trabajo se devuelve al estado inicial. En conjunto, durante cada ciclo el sistema intercambia calor con su entorno y se obtiene un trabajo neto.

El rendimiento térmico de Carnot, es teórico,

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