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

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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