SINTESIS CICLO DE CARNOT

Ciclo de Carnot

Omar Ignacio Rivero Cruz

La segunda ley de la termodinámica explica que todos los procesos de la naturaleza son termodinámicamente irreversibles ya que aumentan la entropía del universo.

Si se hace un análisis acerca de los procesos naturales se identifica que éstos presentan dos características particulares.

a) Nunca quedan en absoluto satisfechas las condiciones de equilibrio mecánico, químico y térmico, es decir de equilibrio termodinámico.

b) Se producen efectos de disipación energética ya sea por medio de viscosidad, resistencia eléctrica, etc.

Por lo cual si se pretende que un proceso sea reversible debe presentarse en varios estados cuasi-estáticos y que no se desarrollen efectos en la disipación energética.

Sabemos por el enunciado de Kevin-Planck que el rendimiento de un motor está dado por la cantidad de calor que absorbe de un foco caliente y la que puede ceder a un foco frio hasta que Leonard Carnot se realizó la pregunta. ¿Cuál es el máximo rendimiento que puede obtenerse de un motor funcionando entre dos focos? ¿Cuáles son sus características? ¿Depende de la sustancia con la que el motor funciona? En  1824 describió un motor ideal reversible que funcionaba con el rendimiento máximo en un ciclo muy sencillo formado por dos tramos isotérmicos y dos adiabáticos, conocido como el ciclo de Carnot. Desde el concepto del Ciclo de Carnot, Clausius pudo probar en 1850 un teorema fundamental para el desarrollo posterior de la termodinámica, que permitió establecer matemáticamente el concepto de Entropía.

El ciclo de Carnot es un ciclo reversible que consta de 4 tramos: dos isotérmicos y dos adiabáticos, es decir, se trata de una transformación bitérmica. Como en todas las transformaciones bitérmicas, el rendimiento teórico viene dado por: R= W/Q1 donde W representa el trabajo producido durante la transformación y  Q1 el calor que absorbe del foco caliente, como la energía interna en un proceso ciclíco es igual a 0 se tiene que el W= Q2-Q1 al estar representado el calor como un delta. Por tanto se tiene que R= 1-Q2/Q1

Ciclo de Carnot en un gas ideal

Cuando el sistema que evoluciona es un gas ideal, tanto el calor absorbido como el calor cedido se puede calcular muy fácilmente puesto a que sabemos que en las tranformaciones isotermas se verifica que el trabajo necesario para una expansión viene dado por la relación W= nRTLn (Vf/Vi).

[pic 1]

Analizando los 4 tramos del Ciclo para este tipo de sistema gaseoso.

Primer proceso: Expansión isotérmica a temperatura T1 absorbiendo calor Q1 con un paso de V1 a V2:

[pic 2]

Segundo proceso: Expansión adiabática pasando de la T1 a la T2 pasando de V2 a V3:

...