El Ciclo de Carnot se encarga de transformar termodinámicamente un gas natural. Este ciclo funciona con el motor hipotético creado por Carnot.
El ciclo de Carnot es un ciclo particular que transforma termodinámicamente un gas ideal. Este ciclo es ejecutado por la máquina hipotética que fue creada por el ingeniero Carnot.
Trabaja entre dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas que se alternan. Esto significa que se pierde menos calor hacia el ambiente exterior.
El motor de Carnot produce la cantidad máxima que produce un motor térmico si funciona entre temperaturas de fuente fría y caliente. Esto sirve para orientar, por ejemplo, a la industria sobre la viabilidad de adquirir determinados equipos.
Contexto histórico
Hasta el siglo XIX se suponía que sería factible construir una máquina térmica capaz de transformar toda la energía suministrada en trabajo. Esta máquina ideal, en teoría, lograría un rendimiento total.
Fue entonces cuando el ingeniero francés Nicolás Carnot rebatió tales afirmaciones y demostró que esto no sería posible. Ideó un motor térmico teórico capaz de alcanzar la máxima eficiencia dentro de un ciclo de máxima eficiencia. Esto se conoció como el ciclo de Carnot. Tal máquina nunca podría lograrse en la realidad práctica.
El Ciclo de Carnot se llevaría a cabo en cuatro procesos independientemente de la sustancia, a saber:
- Expansión isotérmica reversible: hay recepción de calor de la fuente de calor (LM);
- Expansión adiabática reversible: no hay intercambio de calor con fuentes térmicas (MN);
- Compresión isotérmica reversible: hay transferencia de calor a la fuente de enfriamiento (NO);
- Compresión adiabática reversible: no hay intercambio de calor con fuentes térmicas (OL).
Cómo funciona el Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot comienza a funcionar cuando el gas sufre una transformación isotérmica. Luego se expande y absorbe una cantidad de calor «Q1», que proviene de una fuente caliente a la temperatura «T1».
Después de pasar por la transformación isotérmica, el gas sufrirá una transformación adiabática, es decir, sin intercambio de calor con el medio ambiente. Al expandirse adiabáticamente, su temperatura cae a un valor de T2.
Luego, el gas se comprime isotérmicamente, liberando una cantidad de calor Q2 en una fuente fría a temperatura T2. Finalmente, vuelve a ser lo que era al principio, ya que sufre una compresión adiabática.
La utilidad del motor de Carnot
La Máquina de Carnot es una idealización, aunque no rinde al 100%. Simplemente representa la cantidad máxima que un motor térmico puede producir trabajando entre temperaturas de fuente fría y caliente.
Sirve para saber si una máquina térmica rinde bien, compensando el coste de un emprendimiento. No es posible que ninguna máquina térmica rinda más o igual que la de Carnot, siempre que opere entre dos fuentes a las temperaturas T1 y T2.
Sólo se sabe cuánto rinde una máquina térmica utilizando el cociente del trabajo por la energía útil . El trabajo se encuentra por la diferencia entre la energía útil y la energía disipada. Así, la ecuación de rendimiento es la diferencia entre la unidad y el cociente de la energía disipada por la energía útil.
Podemos citar como ejemplo la antigua locomotora de vapor , ya que la caldera es la fuente de calor. Parte de la energía térmica que proviene de él se convierte en trabajo mecánico, la otra parte es disipada por el aire.
El rendimiento del motor de Carnot se determina calculando la siguiente fórmula: R = 1 – T2/T1. Donde, “R” es cuánto rinde la máquina de Carnot, “T1” es la temperatura en Kelvin (K) de la fuente caliente y “T2” la temperatura de la fuente fría en Kelvin (K).
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