Maquina De Carnot

Introducción

Nicolas Léonard Sadi Carnot, Frances, Licenciado en la Escuela Politécnica, en 1824 publicó su obra maestra: "Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia", donde expuso las ideas que darían forma al segundo principio de la termodinámica.

Inventando entonces lo que es el CICLO DE CARNOT

El ciclo de Carnot se produce cuando un equipo que trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura y cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento viene definido por:

y, como se verá adelante, es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura… La maquina de Carnot.

Maquina de Carnot

En 1824 un joven ingeniero francés, Sadi Carnot, determinó teóricamente la eficiencia máxima que podía tener una máquina térmica. El punto de partida fue un modelo de máquina ideal, carente por completo de rozamiento y que operaría con la máxima eficiencia posible.

Carnot imaginó la máquina de vapor como si fuera un molino de agua donde el calor desciende de la fuente caliente que se encuentra a temperatura elevada (T1) hacia la fuente fría o sumidero, a baja temperatura (T2), generando trabajo durante su paso.

Por lo tanto la maquina trabajaba con algo que es llamado el ciclo de carnot que consta de 4 Etapas:

La máquina ideal de Carnot opera de manera cíclica a través de cuatro etapas reversibles:

1. expansión isotérmica.

2. expansión adiabática.

3. compresión isotérmica.

4. compresión adiabática.

La eficiencia teórica máxima para este motor está dada por:

El sistema de interés es el motor, donde:

Q1 ( + ): calor que absorbe el motor de la fuente caliente.

W ( + ): trabajo que realiza el motor.

Q2 ( - ): calor que expele el motor hacia el medio ambiente o sumidero.

eficiencia = trabajo producido / calor suministrado

como W = Q1 + Q2, entonces: Є = 1+ Q2 / Q1

ó en términos de temperaturas absolutas (K) seria

igualando las dos últimas ecuaciones y reordenando, tenemos:

es decir:

la última expresión es simplemente la suma de la cantidad Q/T en el ciclo. Puede expresarse como la integral cíclica de la cantidad dQ / T:

como la integral cíclica es cero, esta cantidad debe ser la diferencial de alguna propiedad de estado, Clausius la denominó entropía (S). La ecuación de la definición de entropía es entonces:

integrando:

Por lo tanto, para procesos reversibles la entropía es constante:

Analizando la ecuación de eficiencia: Є = 1 - T2 / T1, la eficiencia sería de 100% sólo en los siguientes casos:

1. si T2 es cero kelvin.

2. si T1 es "infinita".

como no son posibles dichas temperaturas, la segunda Ley establece que no existen máquinas ciento porciento eficientes, es decir, que el calor no se puede transformar completamente en trabajo, siempre se disipa una fracción del calor suministrado como energía no utilizable, como entropía.

REFRIGERADOR DE CARNOT

El refrigerador de Carnot, opera en sentido inverso al de la máquina de

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