Ciclo Carnot y motor comprimido

1. CICLO CARNOT:

1. Características: Ciclo de Carnot o también llamado ciclo termodinámico es utilizado como norma para establecer comparaciones con ciclos reales ya que muestran que aun en condiciones ideales una maquina térmica no puede convertir toda la energía calorífica que se suministra en energía mecánica, por lo que tiene que rechazar esta parte de energía.

en un ciclo de Carnot, una maquina acepta la energía calorífica de una fuente a alta temperatura, o algún cuerpo caliente, convirtiendo parte de esta energía en energía mecánica o eléctrica donde descarga el resto de la energía hacia un sumidero de baja temperatura o cuerpo frio

Este ciclo consiste en una compresión isoentrópica, luego, en una adición isotérmica de calor, también de una expansión isoentrópica y termina con un proceso isotérmico de rechazo de calor. De forma más sencilla estos procesos mencionados anteriormente se les puede llamar compresión, adición de calor, expansión y descarga de calor. El efecto neto de este ciclo es que se agrega calor a una alta temperatura constante, se descarga de calor a una temperatura baja constante y suma algebraica de estas cantidades de calor es igual al trabajo efectuado por el ciclo.

Un ciclo de Carnot consta de procesos que son breversibles. Así en teoría puede aplicarse para extraer el calor de un cuerpo frio y descargarlo a un cuerpo que este caliente. Para que se produzca esto el ciclo debe constar con una entrada de trabajo en su alrededor. Un ciclo de Carnot produce la máxima eficiencia para un ciclo de potencia que funciona a base de dos temperaturas fijas, y así producir el optimo coeficiente de rendimiento para un aparato que bombee calor desde una temperatura baja a una alta.

A pesar de las ventajas que tiene este ciclo, podrían surgir dificultades en algunas de sus construcciones ya que las presiones y temperaturas llagan a pick máximo de eficiencia térmica. Aunque el ciclo de Carnot es independiente de la sustancia de trabajo para ello se le aplica un ciclo de vapor, la dificultad para la compresión eficiente de una mezcla de vapor-liquido lo hace impráctico.

1. Aplicaciones: Entre las herramientas conceptuales de la ingeniería química, el ciclo de Carnot representa el origen de la creación de los principios pertenecientes a la segunda ley de termodinámica.

La máquina de ciclo de Carnot es la más eficiente posible, considerando la ausencia de desperdicio de energía en procesos como la fricción y asumiendo la no absorción de energía en los distintos tramos del ciclo.

En la búsqueda de responder si la fuerza motriz del calor tiene límites y si una máquina diseñada para trabajar a determinada temperatura puede tener perdidas de temperatura que contribuyan al trabajo del motor, Carnot desarrolló su investigación utilizando el vapor como desplazamiento generalizado y el calor como fuerza generalizada.

El ciclo de Carnot tiene la aplicabilidad correspondiente a procesos termodinámicos y electromecánicos fundamentales en motores o generadores de energía con bajo o nulo consumo de energías fósiles.

1. Motores comprimidos

1. Funcionamiento:

Este tipo de motores basa su funcionamiento en la compresión de aire y consta de tres ciclos que son: compresión, inyección y expansión.

• En el ciclo de compresión el contenido del cilindro es comprimido a unos 20 bares aproximadamente aumentado así la temperatura de aproximadamente a unos 400 grados centígrados.
• En el ciclo de inyección se inyecta aire comprimido a una temperatura ambiente, mediante la acción de bombas de presión en donde cuya presión es de unos 300 bares, mientras que el pistón está en posición de ejercer una presión máxima de aire al mínimo volumen posible.
• En ciclo de expansión el aire inyectado durante la fase de inyección provoca una expansión que ejerce la fuerza del empuje sobre el pistón, es así este ciclo también denominado ciclo de trabajo ya que es en el cual se produce la fuerza con que se mueve el motor.

Tenemos que tener en cuenta que este tipo de motor basa su funcionamiento gracias al siguiente fenómeno en donde el aire comprimido es aumentado de temperatura y posteriormente al introducirse aire a temperatura ambiente provoca un enfriamiento que a la vez hace que exista un aumento de presión logrando así mover el pistón.

1. Ventajas:

• Este tipo de motor tiene cero emisiones, es por eso que es un gran lado positivo para el uso de este motor ya que es una gran ayuda al medioambiente
• Este tipo de motor tiene una densidad de energía muy baja, el aire a 30 MPa (4.500 psi) contiene aproximadamente una energía de 50 Wh por litro. Ejemplo una batería de un motor convencional contiene entre 60 y 75 Wh/l, mientras que una batería de ion de litio es de 250 a 620 Wh/l y la energía de la bencina es de 8.890 Wh/l
• la densidad de energía del sistema de aire comprimido puede ser mas del doble si el aire se calienta antes de la expansión, pudiendo aumentar la densidad de la energía, algunos sistemas pueden usar gases que se pueden licuarse o solidificarse. El CO2 ofrece mayor compresibilidad de aire cuando pasa de gaseoso a supercrítico.
• El precio no es muy elevado, de hecho, el precio está más bajo que el de un automóvil eléctrico.

1. Desventajas

• El prototipo más avanzado de MDI no ha logrado superar los 7 kilómetros de autonomía y en condiciones ideales. El caso de MDI esperan incrementar la autonomía un 3000% mediante mejoras sin especificar. Este problema parece haber sido solucionado con el modelo "Mini Cat", el cual puede recorrer entre 80 y 200 kilómetros sin necesidad de repostar, según la velocidad de circulación (tiene mucha más autonomía en ciudad que en carretera), por lo que empataría con un coche eléctrico
• El circular con un automóvil evidentemente ligero con un tanque conteniendo aire comprimido a 300-350 bares es desde el punto de vista de la seguridad inaceptable según las normas reguladoras de EU/ USA. En caso de ruptura del depósito se produciría una explosión equivalente a 3.2 kilos de dinamita. Se han diseñado dispositivos de seguridad en sus contenedores, en oposición a los parámetros del motor de hidrógeno de daño y peligro asociados a un siniestro de impacto de gran fuerza.
• La carga rápida del depósito de aire en 3 minutos sólo se podría realizar en estaciones especializadas por implantar. La carga del depósito con el compresor incluido en el vehículo (conectándolo a una toma de corriente común) duraría de 3 a 5 horas.
• El rendimiento energético de un vehículo a aire comprimido es de un orden de magnitud menor al de un vehículo eléctrico. Las pérdidas por calentamiento del aire, el motor del compresor, etc., lo convierten en uno de los vehículos que más energía desperdicia por trabajo realizado.

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