El ciclo de Carnot y el motor de Carnot son dos conceptos fundamentales en el estudio de la termodinámica. ¿Alguna vez te has preguntado cómo funciona un motor o cómo se aprovecha la energía? En este artículo te explicaremos qué es el ciclo de Carnot y cómo funciona el motor de Carnot, dos conceptos que revolucionaron el mundo de la física y la ingeniería. ¡Prepárate para sumergirte en el fascinante mundo de la termodinámica!
El ciclo de Carnot es un ciclo reversible de aire estándar en el que los motores de combustión interna se pueden comparar en términos de rendimiento para evaluar el nivel de perfección. Por tanto, es el motor estándar perfecto.
ciclo de carnot
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Sadi Carnot es un ingeniero francés que propuso por primera vez el ciclo reversible en 1824. En este ciclo, el fluido de trabajo recibe la energía térmica de la temperatura alta y libera el calor a la temperatura más baja.
En este ciclo de Carnot existen dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos reversibles.
Principio de funcionamiento del motor de Carnot.
El motor basado en el ciclo de Carnot se llama motor de Carnot. En este artículo se explica cómo funciona el motor de Carnot con todos los diferentes procesos.
En los motores de combustión interna existen cuatro procesos en los ciclos termodinámicos. Ellos son,
- carrera de succión o succión,
- carrera de compresión,
- expansión o golpe de potencia,
- carrera de escape
Estos cuatro procesos se explican a continuación utilizando un diagrama PV y un diagrama TS en el ciclo de Carnot.
3 → 4 (Expansión isotérmica)
Primero, el calor de la fuente de alta temperatura (T3) al medio de trabajo en el cilindro. Esto hace que el medio de trabajo se expanda. Este proceso se muestra como 3 → 4 en el diagrama PV a continuación.
Esta operación 3 → 4 se puede decir como: combustión La bujía libera calor a la mezcla de aire y combustible. Este proceso 3 → 4 es un golpe de expansión isotérmica. Durante este ciclo de combustión, las paredes del cilindro y la culata quedan perfectamente aislados. Esto significa que las válvulas están cerradas. Durante este proceso la temperatura del sistema no cambia.
Puedes ver esto mirando el diagrama de temperatura-entropía (diagrama TS). El diagrama presión-volumen (diagrama PV) muestra que este será el caso
4 → 1 (expansión adiabática)
El medio de trabajo puede expandirse aún más a través de válvulas aisladas. Este estado se representa como 4 → 1. Este es un proceso adiabático. Esto significa que hay una transferencia de energía térmica sin transferencia de calor o masa.
Entonces no hay ningún cambio en la entropía. Esto se puede observar desde la ruta 4 → 1 en el diagrama TS. Según el diagrama PV, la presión del cilindro disminuye y el volumen del cilindro aumenta. Este golpe se llama extensión Golpe del ciclo termodinámico.
1 → 2 (compresión isotérmica)
Ahora el sistema se pone en contacto con el sumidero de baja temperatura constante (T).1). Esto significa que las válvulas de la culata están abiertas, lo que significa que la culata actúa como un perfecto conductor. A partir de aquí se inicia el proceso isotérmico 1 → 2.
Se emite una cierta cantidad de calor al fregadero sin cambiar la temperatura del mismo. Entonces este también es un proceso isotérmico según el diagrama TS. Durante este proceso, el medio de trabajo se comprime ligeramente. Esta operación 1 → 2 es una Compresión isotérmica Ataque.
2 → 3 (compresión adiabática)
Ahora la válvula está cerrada durante esta compresión. Entonces hay una transferencia de energía sin transferencia de masa. ¿Qué significa compresión adiabática? Por lo tanto, no se puede observar ningún cambio de entropía en el diagrama TS y el medio de trabajo está muy comprimido con un cambio de volumen muy pequeño. del diagrama fotovoltaico.
Y eso completa el ciclo de Carnot.
Termodinámicamente, la eficiencia del ciclo de Carnot está dada por
Trabajo realizado por el sistema = calor suministrado (QS)- Calor rechazado (QR)
W = QS -QR
Teniendo en cuenta los procesos isotérmicos 1 → 2 y 3 → 4 podemos escribir
Teniendo en cuenta los procesos adiabáticos 2 → 3 y 4 → 1 podemos escribir
Del diagrama TS T1 =T2 y T4 =T3podemos reescribir la ecuación anterior
De todas las ecuaciones anteriores podemos escribir que la eficiencia del ciclo es:
De la ecuación anterior de la eficiencia del ciclo de Carnot, dado que la temperatura del sumidero (T1) es la temperatura ambiente o del refrigerante. que está arreglado. Entonces, para aumentar la eficiencia del motor de Carnot necesitamos aumentar la temperatura de la fuente (T).3).
Diploma
Hemos discutido el ciclo de Carnot con el diagrama PV y el diagrama TS. También derivamos la eficiencia del motor de Carnot. Háganos saber su opinión en la sección de comentarios a continuación.
El Ciclo de Carnot: la medida de perfección de los motores de combustión interna
El Ciclo de Carnot es un ciclo reversible estándar de aire que permite comparar el rendimiento de los motores de combustión interna y determinar su grado de perfección. Es considerado el motor estándar perfecto.
El Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot fue propuesto por el ingeniero francés Sadi Carnot en 1824. En este ciclo, el medio de trabajo recibe energia calorífica de alta temperatura y la rechaza a baja temperatura.
Este ciclo consta de dos procesos isotérmicos y dos procesos adiabáticos reversibles.
Principio de funcionamiento del motor de Carnot
El motor basado en el Ciclo de Carnot se llama motor de Carnot. En este artículo se explica el funcionamiento del motor de Carnot y los diferentes procesos involucrados en él.
En los motores de combustión interna, hay cuatro operaciones en los ciclos termodinámicos. Estas son:
- Carrera de admisión o aspiración
- Carrera de compresión
- Carrera de expansión o potencia
- Carrera de escape
A continuación, se explican estos cuatro procesos utilizando un diagrama P-V (presión-volumen) y un diagrama T-S (temperatura-entropía) en el Ciclo de Carnot.
3 → 4 (Expansión isotérmica)
En primer lugar, el calor se transfiere desde una fuente de alta temperatura (T3) al medio de trabajo en el cilindro. Como resultado, el medio de trabajo se expande. Este proceso se representa como 3 → 4 en el siguiente diagrama P-V.
Este proceso 3 → 4 puede considerarse una carrera de combustión, donde la bujía proporciona calor a la mezcla aire-combustible. Este proceso es una carrera de expansión isotérmica. Durante esta carrera de combustión, las paredes y la culata del cilindro actúan como aislantes perfectos, lo que significa que las válvulas estarán cerradas. Durante esta operación, no habrá cambios en la temperatura del sistema.
Esto se puede observar en el diagrama de temperatura-entropía (T-S). En el diagrama de presión-volumen (P-V), se observa una disminución de la presión en el cilindro y un aumento en el volumen.
4 → 1 (Compresión adiabática)
Debido a las válvulas aislantes, el medio de trabajo se permite expandirse aún más. Este estado se representa como 4 → 1. Este es un proceso adiabático, lo que significa que no hay transferencia de calor o masa.
Por lo tanto, no hay cambios en la entropía. Esto se observa en el camino 4 → 1 en el diagrama T-S. En el diagrama P-V, hay una disminución en la presión del cilindro y un aumento en el volumen. Esta carrera se llama carrera de expansión dentro del ciclo termodinámico.
1 → 2 (Compresión isotérmica)
Ahora, el sistema entrará en contacto con el sumidero de baja temperatura constante (T1). Esto significa que las válvulas en la culata del cilindro estarán abiertas, lo que significa que la culata actuará como un conductor perfecto. De esta manera, se iniciará el proceso isotérmico 1 → 2.
Una cierta cantidad de calor se rechaza hacia el sumidero sin que haya cambios en la temperatura del sumidero. Por lo tanto, este también es un proceso isotérmico en el diagrama T-S. Durante esta operación, el medio de trabajo se comprimirá ligeramente. Esta operación 1 → 2 es una carrera de compresión isotérmica.
2 → 3 (Compresión adiabática)
Ahora, la válvula estará cerrada durante esta compresión, lo que significa que habrá transferencia de energía sin transferencia de masa. Esto significa compresión adiabática. Por lo tanto, no se observan cambios en la entropía en el diagrama T-S, y el medio de trabajo se comprimirá mucho con un ligero cambio en el volumen según se observa en el diagrama P-V.
Y así se completa el Ciclo de Carnot.
Desde el punto de vista termodinámico, la eficiencia del ciclo de Carnot se calcula mediante la siguiente fórmula:
Trabajo realizado por el sistema = Calor suministrado (QS) – Calor rechazado (QR)
W = QS – QR
Teniendo en cuenta los procesos isotérmicos 1 → 2 y 3 → 4, se puede escribir:
Eficiencia del ciclo = (T3 – T1) / T3
Considerando los procesos adiabáticos 2 → 3 y 4 → 1, se puede escribir:
Eficiencia del ciclo = (T4 – T1) / T4
De acuerdo con el diagrama T-S, se puede reescribir la ecuación anterior como:
Eficiencia del ciclo = (T3 – T1) / T3 = (T4 – T1) / T4
A partir de esta ecuación, se puede notar que para aumentar la eficiencia del motor de Carnot, se debe aumentar la temperatura de la fuente (T3).
Conclusión
Hemos discutido el Ciclo de Carnot utilizando los diagramas P-V y T-S, y también hemos calculado la eficiencia del motor de Carnot. Por favor, déjanos tus comentarios en la sección de comentarios a continuación.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué es el Ciclo de Carnot?
- ¿Cuál es el principio de funcionamiento del motor de Carnot?
- ¿Cuáles son los procesos involucrados en el Ciclo de Carnot?
- ¿Cómo se calcula la eficiencia del motor de Carnot?
Fuentes adicionales:
Texto en español elaborado por OpenAI.