Ciclo de Carnot

limitacións

Cando falamos en física e termodinámica do Ciclo de Carnot referímonos a unha secuencia de procesos que teñen lugar nun motor Carnot. É un dispositivo ideal que consiste só nalgúns procesos de tipo reversible. Isto significa que unha vez que estes procesos tiveron lugar, o estado inicial pode retomarse. Este tipo de motor considérase en física como un motor ideal e úsase para poder planificar o resto de motores.

Neste artigo imos contarche todo o que necesitas saber sobre o ciclo de Carnot e as súas principais características.

características clave

Etapa do ciclo de Carnot

Estamos a falar de que este tipo de motor considérase un motor ideal. Isto é así porque carece de disipación de enerxía, debido ao rozamento co chan ou o aire e sen ningún tipo de viscosidade. Todas estas características ou desvantaxes xorden en calquera motor real, xa que é imposible converter a enerxía térmica en traballo utilizable nun 100%. Non obstante, o montón de Carnot pode simular todas estas condicións para poder traballar mellor e facer cálculos dun xeito máis sinxelo.

Cando mercamos un motor, facémolo partindo dunha substancia capaz de facer traballo. Por exemplo, as principais substancias empregadas son o gas, a gasolina ou o vapor. Cando estas substancias que son capaces de facer traballo están sometidas a varios cambios tanto de temperatura como de presión, xeran algunhas variacións no seu volume. Deste xeito, pódese mover un pistón dentro dun cilindro para ter o motor.

Que é o ciclo Carnot?

ciclo de carnot

Este ciclo prodúcese dentro dun sistema chamado motor Carnot. Neste motor hai un gas ideal encerrado nun cilindro e provisto dun pistón. O pistón está en contacto con varias fontes a diferentes temperaturas. Neste sistema hai algúns procesos que podemos resumir nos seguintes pasos:

  • Subministra unha certa cantidade de calor ao dispositivo. Esta cantidade de calor provén do depósito térmico de alta temperatura.
  • O motor realiza traballo grazas a esta calor que se subministraría
  • Parte da calor úsase e outra pérdese. Os residuos transfírense ao tanque térmico que está a unha temperatura máis baixa.

Unha vez que vimos todos os procesos, imos ver cales son as etapas do ciclo de Carnot. A análise destes procesos lévase a cabo mediante un diagrama no que se miden a presión e o volume. O propósito do motor pode ser manter o frío do tanque número dous extraendo calor del. Neste caso falaremos dunha máquina de refrixeración. Se, pola contra, o obxectivo é transferir calor ao depósito térmico un número un, entón estamos a falar dunha bomba de calor.

Se analizamos un diagrama de presión e volume veremos que os cambios na presión e temperatura do motor móstranse baixo certas condicións que son as seguintes:

  • Sempre que a temperatura se manteña constante. Aquí falamos dun proceso isotérmico.
  • Sen transferencia de calor. Aquí é onde temos illamento térmico.

Os procesos isotérmicos teñen que estar conectados entre si e isto conséguese grazas ao illamento térmico.

Etapas do ciclo Carnot

cambio de presión e volume

No punto de partida podemos comezar con calquera parte do ciclo na que o gas ten certas condicións de presión, volume e temperatura. Este e o gas experimentarán unha serie de procesos que o levarán a volver ás condicións iniciais. Unha vez que o gas volveu ás súas condicións iniciais, estaba en perfecto estado para iniciar outro ciclo. Estas condicións danse sempre que a enerxía interna ao final é a mesma que a enerxía interna ao principio. Isto significa que a enerxía se conserva. Xa sabemos que a enerxía nin se crea nin se destrúe, senón que só se transforma.

A primeira etapa do ciclo Carnot baséase nunha expansión isotérmica. Nesta etapa o sistema absorbe a calor do depósito térmico 1 e experimenta unha expansión isotérmica. Polo tanto, o volume do gas aumenta e a presión diminúe. Non obstante, a temperatura mantense estable xa que cando o gas se expande arrefríase. Polo tanto, sabemos que a súa enerxía interna permanece constante ao longo do tempo.

Na segunda etapa temos un expansión adiabática. Adiabático significa que o sistema non gaña nin perde calor. Isto conséguese colocando o gas no illamento térmico como se indicou anteriormente. Polo tanto, nunha expansión adiabática o volume aumenta e a presión diminúe ata acadar o seu valor máis baixo.

No terceira etapa temos unha compresión isotérmica. Aquí eliminamos o illamento e o sistema entra en contacto co tanque térmico número 2, que estará a unha temperatura máis baixa. Polo tanto, o sistema é o responsable de transferir o calor residual que non se utilizou a este tanque térmico. A medida que se libera a calor, a presión comeza a aumentar e o volume a diminuír.

Finalmente, na última etapa do ciclo Carnot temos uncompresión adiabática. Aquí volvemos a unha etapa de illamento térmico polo sistema. A presión aumenta o volume diminúe ata alcanzar de novo as condicións iniciais. Polo tanto, o ciclo está listo para comezar de novo.

Limitacións

Como se mencionou antes, o motor de Carnot está idealizado. Isto significa que ten as súas limitacións desde entón os motores reais non teñen esa eficiencia do 100%. Sabemos que dúas máquinas Carnot teñen a mesma eficiencia se ambas operan cos mesmos depósitos térmicos. Esta afirmación significa que me importa que substancia empregamos, xa que o rendemento será totalmente independente e non se pode elevar.

A conclusión que extraemos da análise anterior é que o ciclo de Carnot é a parte superior do proceso termodinámico ao que se pode alcanzar idealmente. É dicir, máis alá diso, non haberá motor con maior eficiencia. Sabemos que o illamento térmico nunca é perfecto e non existen etapas adiabáticas, xa que hai un intercambio de calor co exterior.

No caso dun coche, o bloque do motor quéntase e, por outra banda, a mestura de gasolina e aire non se comporta exactamente, comunícase idealmente. Sen esquecer algúns factores que provocan unha redución drástica no rendemento.

Espero que con esta información poida aprender máis sobre o ciclo de Carnot e as súas características.


O contido do artigo adhírese aos nosos principios de ética editorial. Para informar dun erro faga clic en aquí.

Sexa o primeiro en opinar sobre

Deixa o teu comentario

Enderezo de correo electrónico non será publicado. Os campos obrigatorios están marcados con *

*

*

  1. Responsable dos datos: Miguel Ángel Gatón
  2. Finalidade dos datos: controlar SPAM, xestión de comentarios.
  3. Lexitimación: o seu consentimento
  4. Comunicación dos datos: os datos non serán comunicados a terceiros salvo obrigación legal.
  5. Almacenamento de datos: base de datos aloxada por Occentus Networks (UE)
  6. Dereitos: en calquera momento pode limitar, recuperar e eliminar a súa información.