CICLO DE CARNOT INVERTIDO

Ciclo de Carnot invertido.[pic 1]

Fue introducido por primera vez en 1824 por Sadi Carnot, dicho ciclo constituyo las bases para la segunda ley de la termodinámica. El ciclo de Carnot es un ciclo reversible formado por dos procesos isotérmicos reversibles y dos procesos adiabáticos reversibles, es el ciclo de refrigeración más eficiente, ya que todos sus pasos son reversibles.

El ciclo de Carnot invertido como ciclo de refrigeración tiene el siguiente sistema donde el refrigerante absorbe calor isotérmicamente de una fuente de baja temperatura a TL en la cantidad de QL (proceso 2-3), se comprime isotrópicamente hasta el estado 4 (la temperatura se eleva hasta TH), rechaza calor isotérmicamente en un sumidero de alta temperatura a TH en la cantidad de QH (proceso 4-1) y se expande isotrópicamente hasta el estado 1 (la temperatura desciende hasta TL). El refrigerante cambia de un estado de vapor saturado a un estado de líquido saturado en el condensador durante el proceso 4-1( lo cual se muestra en la siguiente figura).

[pic 2]

Para el  ciclo de Carnot establece que:

Dado que todos sus procesos son reversibles, se tiene para este ciclo :

[pic 3]

 [pic 5][pic 4]

Y también se establece :

[pic 6]

Puesto que      [pic 7]

[pic 8]

El coeficiente de funcionamiento del ciclo de Carnot relaciona en calor de entrada y el trabajo neto o potencia utilizada lo cual se puede entender con la siguiente expresión:

[pic 9]

Y también lo podemos entender con la relación que existe con las temperaturas de depósito  de alta temperatura y baja temperatura:

[pic 10]

La ecuación nos indica que  aumenta mientras las diferencias de temperaturas disminuyan.[pic 11]

De este modo, para una temperatura  , del cuerpo frio, entre mas baja sea la temperatura hacia donde se rechaza el calor, más grande resulta el coeficiente[pic 12]

CICLO DE CARNOT COMO BOMBA DE CALOR.

Si se opera el ciclo de Carnot invertido como una bomba de calor se obtiene:

[pic 14][pic 13]

Si comparamos  y  , se tiene, para el ciclo de Carnot invertido que opera con un rango de temperaturas dado:[pic 15][pic 16]

+ 1 [pic 17]

En la práctica, el ciclo de Carnot de refrigeración posee una desventaja análoga a la del ciclo de Carnot de una maquina de calor: la necesidad de un equipo voluminoso para una determinada capacidad. Con todo el ciclo de Carnot constituye un modelo comparación útil , ya que representa la perfección en los sistemas de refrigeración.

Aplicaciones de ciclo de Carnot invertido:

• Las aplicaciones de este ciclo consiste en ser el patrón de comparación al evaluar la eficiencia de los modelos existentes para refrigeración ya queda rendimientos máximos
• Procesos de refinación de petróleo.
• Maquinas que intervienen en la fabricación de caucho en frio.

Refrigeración utilizando calor en lugar de trabajo.

De acuerdo a la segunda ley de la termodinámica, podemos producir el efecto de refrigeración empleando trabajo o calor, o bien ambos. El interés de explorar la posibilidad de utilizar calor para producir el efecto de refrigeración se debe a que es energía más “barata” desde el punto de creación de entropía.[pic 18]

...