Ciclo de Carnot

-
Ciclo de Carnot

La máquina de Carnot, como precursora de la Segunda Ley de Termodinámica es una obra maestra de la ingeniería química. Genialidad desarrollada por el francés Sadi Carnot .

Con el ciclo de Carnot se muestra que, aun en condiciones ideales, una máquina térmica no puede convertir toda la energía calorífica que se le suministra en energía mecánica; tiene que rechazar parte de esa energía.
En un ciclo de Carnot, una máquina acepta energía calorífica de una fuente a alta temperatura, o cuerpo caliente, convierte parte de ella en trabajo mecánico (o eléctrico) y descarga el resto hacia un sumidero a baja temperatura, o cuerpo frío. Cuanto mayor sea la diferencia en temperatura entre la fuente y el sumidero, mayor será la eficiencia de la máquina térmica.

La máquina de Carnot es un modelo cíclico ideal en el que se usa calor para hacer un trabajo. El sistema puede entenderse como un pistón que se desplaza dentro de un cilindro comprimiendo un gas. 
Carnot enunció este ciclo a principios del siglo XIX. La máquina es sometida a cuatro variaciones de estado, alternando condiciones como temperatura y presión constante, donde se evidencia una variación del volumen al comprimir y expandir el gas.

El ciclo de Carnot debe ser analizado por separado en cada una de sus cuatro fases: expansión isotérmica, expansión adiabática, compresión isotérmica y compresión adiabática.

Motor y frigorífico
Un motor de Carnot es un dispositivo ideal que describe un ciclo de Carnot. Trabaja entre dos focos, tomando calor Q1 del foco caliente a la temperatura T1, produciendo un trabajo W, y cediendo un calor Q2 al foco frío a la temperatura T2.
En un motor real, el foco caliente está representado por la caldera de vapor que suministra el calor, el sistema cilindro-émbolo produce el trabajo y se cede calor al foco frío que es la atmósfera.

La máquina de Carnot también puede funcionar en sentido inverso, denominándose entonces frigorífico. Se extraería calor Q2 del foco frío aplicando un trabajo W, y cedería Q1 al foco caliente.

En un frigorífico real, el motor conectado a la red eléctrica produce un trabajo que se emplea en extraer un calor del foco frío (la cavidad del frigorífico) y se cede calor al foco caliente, que es la atmósfera.

Entropia
La entropía (S) es una magnitud termodinámica definida originalmente como criterio para predecir la evolución de los sistemas termodinámica, que mediante cálculo, permite determinar la parte de la energía que no puede utilizarse para producir trabajo. Es una función de estado de carácter extensivo y su valor, en un sistema aislado, crece en el transcurso de un proceso que se dé de forma natural.  La entropía describe lo irreversible de los sistemas termodinámicos.

Comentarios

Publicar un comentario

Entradas populares de este blog

Capacidad calorífica, color específico y calor latente

-
Imagen
¿Qué es la capacidad calorífica? Capacidad calorífica (específica) de un cuerpo es la medida de la energía térmica requerida para elevar en un grado Kelvin una unidad de masa (gramo, kilogramo o mol). Desde el punto de vista termodinámico la capacidad calorífica de los cuerpos se expresa como el cambio de energía térmica como función del cambio en la temperatura. La capacidad calorífica de un cuerpo es la relación que hay entre el calor suministrado al cuerpo y su incremento de temperatura.  Calor especifico El calor específico se obtiene a partir de la capacidad calorífica y representa la dificultad con que una sustancia intercambia calor con el entorno. Es una característica de las sustancias que forman los cuerpos y es independiente de la masa. El calor especifico también se puede definir como la cantidad de calor que se debe suministrar a una unidad de masa determinada para elevarle la temperatura en 1 °C. Para no confundir los dos términos el Calor Especifico se r...
Leer más

Energía interna, usos y aplicaciones de la primera ley de la termodinámica

-
Imagen
La primera ley de la termodinámica  relaciona el trabajo y el calor transferido intercambiado en un sistema a través de una nueva variable termodinámica, la energía interna. Dicha energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma.   En termodinámica la energía interna de un sistema ( U ) es una variable de estado. Representa la suma de todas las energías de las partículas microscópicas que componen el sistema. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el julio ( J ). ¿Qué es la transferencia de calor? Se denomina transferencia de calor, transferencia térmica o transmisión de calor al fenómeno físico que consiste en el traspaso de energía calórica de un medio a otro, dicha transferencia podrá darse por tres modos: conducción, convección y radiación. La energía interna de un sistema es una caracterización macroscópica de la energía microscópica de todas las partículas que lo componen. Un sistema está formado por gran cantidad de partícul...
Leer más

Equilibrio termodinamico

-
Imagen
Equilibrio termodinámico, es incapaz de experimentar espontáneamente algún cambio de estado o proceso termodinámico cuando está sometido a unas determinadas condiciones de cocontorno las condiciones que le imponen sus alrededores). Para ello ha de encontrarse simultáneamente en equilibrio térmico, equilibrio mecánico y equilibrio químico. Se llama equilibrio térmico al estado en que dos cuerpos en contacto, o separados por una superficie conductora, igualan sus temperaturas inicialmente dispares, debido a la tranferencia de calor de uno hacia el otro. En otras palabras es cuando dos cuerpos en contacto intercambian energía a medida que el tiempo transcurre. Y así, el punto de equilibrio térmico se alcanza cuando la energía cinética de ambos cuerpos se iguala, de manera que ambos cuerpos pasan a operar como un sistema termodinámico único. El equilibrio mecánico es un estado estacionario en el que se cumple alguna de estas dos condiciones: Un sistema está en equilibrio mecáni...
Leer más