Escuela Superior Politécnica del Litoral

Facultad de Ingeniería Mecánica y Ciencias de la Producción

Termodinámica II

Nombre:

Breve Reseña Bibliográfica de Nicolas Léonard Sadi Carnot

(París, 1796-id., 1832) Ingeniero y científico francés. Describió el ciclo térmico que lleva su nombre (ciclo de Carnot), a partir del cual se deduciría el segundo principio de la termodinámica. Hijo del revolucionario Lazare Carnot, en 1812 ingresó en la École Politechnique y se graduó dos años después, en la época en que se iniciaba el declive del imperio napoleónico y los ejércitos extranjeros asediaban París. Muchos estudiantes, entre ellos Carnot, participaron en las escaramuzas que se produjeron en las afueras de la capital francesa.

Tras la guerra con el Reino Unido, Francia tuvo que importar de ese país la maquinaria de vapor más avanzada de la época, lo cual reveló a Carnot lo atrasada que se encontraba Francia con respecto a los demás países industrializados. Este hecho, unido a las inspiradoras conversaciones que mantuvo con el eminente científico e industrial Nicolas Clément-Desormes, lo impulsaron a centrar su actividad en el desarrollo de las máquinas movidas por vapor.

En su ensayo publicado en 1824 bajo el título Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego, Carnot, sin perderse en detalles técnicos, describió el ciclo energético de una máquina idealizada, cuyo rendimiento depende únicamente de las temperaturas inicial y final de la sustancia que impulsa la máquina (vapor o cualquier otro fluido), con independencia de la naturaleza de la misma.

Este trabajo, aunque no fue mal acogido por la comunidad científica, cayó en el olvido hasta 1934, cuando fue rescatado por el ingeniero ferroviario francés Émile Clapeyron. A partir de entonces influyó de forma definitiva en la labor de desarrollo de la teoría termodinámica encabezada por Rudolf Clausius en Alemania y William Thomson (lord Kelvin) en eI Reino Unido. Siguió con su labor científica hasta su temprana muerte en el año 1832, víctima de la epidemia de cólera que asoló París en esas fechas.

Por qué el ciclo de Carnot es la base de comparación para procesos reales?.

El ciclo de Carnot es la base de comparación debido a que este ciclo es el que mayor eficiencia o rendimiento térmico tiene, debido a que en todos los procesos del ciclo se consideran reversibles y con ello no hay perdida de energía mientras que para los procesos tienen alguna irreversibilidad, ya sea mecánica por rozamiento, térmica o de

otro tipo. Por ello se trata de reducir las irreversibilidades para que no haya pérdida de calor y se puede obtener mayor rendimiento del ciclo.

Ciclos Ericsson y Stirling

En este ciclo termodinámico, también reversible y por tanto nos da el rendimiento máximo que se puede obtener de la máquina, el fluido evoluciona realizando dos transformaciones isotermas y dos isobáricas, tal como se puede observar en la figura 1

Se supone que el que sigue el ciclo es un gas. Consta de 4 fases:

Compresión isotérmica Calor añadida a presión constante (calentamiento isobárico) Expansión isotérmica Enfriamiento a presión constante (enfriamiento isobárico)

Figura 1. Ciclo de Ericsson

Ciclo de Stirling

El ciclo Stirling ideal consiste de cuatro procesos termodinámicos que actúan sobre el fluido de trabajo:

1-2. Compresión isotérmica del gas a la temperatura inferior. Durante este proceso se cede al exterior una cantidad de calor a la fuente fría.

2-3. Absorción de calor a volumen constante (isocórico o isócoro). El gas absorbe del regenerador una cantidad de calor Qr y aumenta su temperatura, lo que provoca un aumento de presión.

3-4. Expansión isoterma del gas a alta temperatura. Durante este proceso se absorbe calor de la fuente caliente.

4-1. Cesión de una cantidad de calor Qr al regenerador a volumen constante, disminuyendo la temperatura del fluido.

Figura 2. Ciclo Stirling

El ciclo Stirling es un ciclo termodinámico del motor Stirling que busca obtener el máximo rendimiento. Por ello, es semejante al ciclo de Sadi Carnot.

A diferencia de la máquina de Carnot, esta máquina está constituida por dos isotermas, dos isócoras y un sistema de regeneración entre las isocoras. Cabe recordar que la máquina de Carnot ideal logra la mayor eficiencia asociada a los dos focos térmicos de los que normalmente consta una máquina.

Existe también una máquina similar según el ciclo Ericsson, la cual consta de dos isotermas y dos isobaras. También consta de un sistema de regeneración entre las isobaras como en el ciclo Stirling.

Análisis de los rendimientos térmicos de los ciclos de Ericsson y Stirling

Un ciclo de Stirling es una versión idealizada de lo que ocurre en un motor de Stirling

En un ciclo de Stirling con regeneración, todo el calor se absorbe a la temperatura del foco caliente, TC, y todo el calor se cede a la temperatura del foco frío, TF. Por ello, su

rendimiento es el mismo que el de una máquina de Carnot que opere entre las temperaturas extremas

Como en el ciclo de Stirling, el ciclo Ericsson admite regeneración, de forma que el calor liberado en el enfriamiento se reutiliza en el calentamiento, de manera que el único calor absorbido se produce a la temperatura del foco caliente y el único calor cedido a la del foco frío. Si tiene regeneración, el rendimiento de un ciclo Ericsson ideal es también el mismo que el de una máquina de Carnot