Ciclo de Carnot: eficiencia máxima de las máquinas térmicas

CICLO TERMODINÁMICO:

Varían con la temperatura?
Isotérmica.

CICLO:

es un proceso que devuelve un sistema a su estado original después de una serie de fases.

De esta forma todas las variables termodinámicas relevantes vuelven a tomar sus valores iniciales.

En un ciclo completo la energía interna de un sistema no puede cambiar puesto que solo depende de dichas variables. Por lo tanto el calor total neto transferido al sistema debe ser igual al trabajo total neto realizado por el sistema.

CICLO CARNOT:

una máquina de Carnot es perfecta, es decir, convierte la máxima energía térmica posible en trabajo mecánico.

Carnot demostró que la eficiencia mama de cualquier maquina depende de la diferencia entre las temperaturas máximas y mínimas alcanzadas durante un ciclo.

Cuanto mayor es esa diferencia más eficiente es la máquina.

Por ej. El motor de un auto sería más eficiente si el combustible se quedara a mayor temperatura o los gases de escape salieran a menor temperatura.

RENDIMIENTO:

W=(QH-QC)         QC =CALOR PROCESO (cd O Wcd)

Un motor térmico de eficiencia perfecta realizaría un ciclo ideal en el que todo el calor se convertiría en trabajo mecánico.

El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico que constituye el ciclo básico de todos los motores térmicos y demuestra que no puede existir ese motor perfecto.

Cualquier motor térmico pierde parte del calor suministrado. El 2º principio de la termodinámica impone un límite superior a la eficiencia de un motor, limite que se conoce como “CICLO DE CARNOT”.

Aplicación de las transformaciones de los ciclos de máquinas térmicas:

Toda máquina térmica tiene por objetivo transformar el calor en trabajo. Para lograrlo se vale de un fluido intermediario que se hace describir por medio de mecanismos adecuados, en sucesivos ciclos.

FRECUENCIAS:

es el tiempo que tarda en completarse un ciclo.

CICLO CARNOT:

existen similitudes entre los 2 sistemas, ejemplo: diferencia de altura y temperatura; las entradas y salidas de fluidos y los movimientos circulares.

La producción de potencia en una máquina de vapor no se debe al consumo calórico, sino al transporte de una fuente caliente a una fría.

A mayor diferencia de temperatura, mayor eficiencia

Suponemos que trabajamos con una sustancia (gas ideal) contenida en un embolo móvil que trabaja con 2 temperaturas (T1 y T2); las paredes del cilindro y embolo no son conductores térmicos.

El proceso A?B es una expansión isotérmica a temperatura T1, en la cual el gas se pone en contacto térmico con un depósito de calor a tempo T1. Durante la expansión el gas absorbe energía térmica Qc desde el deposito a través de la base del cilindro y efectúa trabajo Wab, al levantar el embolo.

En el proceso B?C, la base del cilindro se constituye por una pared que no conduce el calor y el gas se expande adiabáticamente, es decir, ninguna energía térmica entra o sale del sistema.

Durante la expansión, la temperatura cae de T1 a T2, el gas realiza trabajo.

En el proceso C?D, el gas se coloca en contacto térmico con un depósito de calor a temperatura T2 y se comprime isotérmicamente a temperatura T2 durante ese tiempo.

El gas libera la energía térmica Q2 hacia el depósito y el trabajo realizado sobre el gas por un agente externo es Wcd.

En la etapa final de A; la base del cilindro se constituye por una pared no conductora y el gas se expande adiabáticamente, la temperatura del gas aumenta a T1 y el trabajo efectuado sobre el gas es Wda.

Suponemos que trabajamos con una sustancia (gas ideal), contenido en un embolo móvil que trabaja con 2 temperatura. (T1 y T2), las paredes del cilindro y del embolo no son conductoras térmicas.

El resultado del ciclo es:

1) Se extrajo P1 de la fuente caliente

2) Se transfirió calor Q2 (menor que Q1) a la fuente fría

3) Se generó trabajo por la diferencia de calor.  W=Q1-Q2