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8/4/2019 El Cilco de Carnot
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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL
ESIME UA
TERMODINAMICA II
Prof: Ing. ENRIQUE LIMA MORALES
TAREA I
OCHOA ESTRADA DANIEL2010360198
8/4/2019 El Cilco de Carnot
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EL CICLO DE CARNOT
Es probable que uno de los ciclos reversibles ms
conocidos sea este el ciclo de Carnot propuesto en
1824 por el ingeniero francs Sadi Carnot. La mquina
trmica tericaque opera en el ciclo de Carnot se llama
mquina trmica de Carnot, cuyo ciclo se compone de
cuatro procesos reversibles, dos isotrmicos y dos
adiabticos, y que es posible llevar a cabo en un
sistema cerrado o de flujo estacionario.
Considerando un sistema cerrado conformado por u
gas contenido en un dispositivo de cilindro-embolo
adiabtico, el aislamiento de la cabeza es tal que puede
ser eliminado para poner al cilindro en contacto con
depsitos que proporcionan transferencia de calor, Los
4 procesos reversibles que conforman el ciclo de Carnot
son:
Expansin Isotrmica Reversible: inicialmente la
temperatura del cilindro es TH y la cabeza del cilindro
est en contacto estrecho con una fuente a
temperatura TH . Se permite que el gas se expanda
lentamente y que realice trabajo sobre los alrededores.
Cuando el gas se expande su temperatura tiende a
disminuir, pero tan pronto como disminuye la temp. En
una cantidad infinitesimal dT, cierta cantidad de calor
se transfiere del depsito hacia el gas, de modo que la
temperatura de ste se eleva a TH. As la temperatura
del gas se mantiene constante en TH . Como la
diferencia entre el deposito y el gas nunca excede de
una cantidad diferencia dT, este es un proceso
reversible de transferencia da calor. El proceso
continua hast que el embolo alcanza la posicin 2, La cantidad de calor total transferido al gas
durante este proceso es QH
Expansin adiabtica reversible: proceso 2.3, la temperatura disminuye de TH a TL). En el
estado 2, el depsito que estuvo en contacto con la cabeza del cilindro se elimina y se
reemplaza por aislamiento para que el sistema se vuelva adiabtico. El gas continua
expandindose lentamente y realiza trabajos sobre los alrededores hasta que su temperatura
disminuye de TH a TL (estado 3). Se supone que el mbolo experimenta de friccin y el proceso
est en cuasi equilibrio, de modo que el proceso es reversible as como adiabtico
Compresin Isotrmica Reversible: (procesos3-4, TL=constante). En el estado 3, se retira el
aislamiento de la cabeza del cilindro y se pone a ste en contacto con un sumidero a
temperatura TL. Despus una fuerza externa empuja al cilindro hacia el interior, de modo que
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LA MQUINA TERMICA DE CARNOT
La eficiencia trmica, reversible o irreversible, se determina mediante la ecuacin:
Donde QH es el calor transferido hacia la mquina trmica desde un depsito a temperatura
alta a TH y QL es el calor rechazado hacia un depsito de temperatura baja TL. Para mquinas
trmicas reversibles, la relacin de transferencia de calor en la relacin anterior se puede
remplazar por la temperatura absoluta de los depsitos.
Entonces la eficiencia de una mquina trmica de Carnot, de cualquier mquina trmica
reversible, se convierte en:
Esta relacin se llama eficiencia de
Carnot, porque la mquina trmica
de Carnot es la mquina reversible
mejor conocida. Esta es la eficiencia
mxima que puede tener una
mquina trmica que opera entre
los dos depsitos de energa trmica
a temperaturas TL y TH. Todas las
maquinas trmicas reversibles
(reales), que operan entre estos
lmites de temperatura TL y TH,
tienen eficiencias menores. Una
mquina trmica real no puede
alcanzar esta mxima eficiencia
terica porque es imposible eliminar por completo las irreversibilidades relacionadas con el
ciclo real.
La eficiencia trmica de las mquinas reales se puede maximizar al suministrar calor hacia la
mquina a la temperatura mxima imposible (limitada por la resistencia de la mquina) y al
rechazar calor de la mquina la menor temperatura posible (limitada por la temperatura del
medio de enfriamiento, como ros, lagos o la atmosfera)
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EL REFRIGERADOR Y LA BOMBA DE CALOR DE CARNOT
Un refrigerador o una bomba de calor, que opera en el ciclo inverso de Carnot, se llama
refrigerador de Carnot o bomba de calor de Carnot. El coeficiente de desempeo de
cualquier refrigerador o bomba de calor, reversible o irreversible, se expresa como:
Donde QL es la cantidad de Calor absorbido del medio de baja temperatura y Qh es la
cantidad de calor rechazada hacia el medio de temperatura alta. Los COP de refrigeradores y
bombas reversibles se determinan al reemplazar las razones de transferencia de calor en las
anteriores relaciones por los coeficientes de temperatura absolutas de los depsitos de
temperatura alta y baja. Entonces las relaciones de COP y las bombas de calor reversible se
convierten en:
Esos son los coeficientes de desempeo ms altos que puede tener un refrigerador o una
bomba de calor que opera entre los lmites de temperatura TL y TH. Los refrigeradores o
bombas de calor reales que operan entre estos lmites de temperatura tienen menores
coeficientes de desempeo