Ciclo de Carnot

Diagrama Presión - Volume do ciclo de Carnot

O Ciclo de Carnot é un ciclo termodinámico executado pola Maquina de Carnot, idealizada polo enxeñeiro francés Sadi Carnot e que ten funcionamento apenas teórico (aínda non foi posíbel criar unha Maquina de Carnot).

Funcionando entre dúas transformacións isotérmicas e dúas adiabáticas alternadamente, é o ciclo que presenta menor transmisión de calor para o foco frío e ó polo tanto o que ten o maior rendemento.

Temos que o rendemento da máquina en porcentaxe é igual a:

$\left (1 - \frac{T_c}{T_h} \right ) \times 100%$

Onde:

$T_c$ = Temperatura da fonte fría (en Kelvin)

$T_h$ = Temperatura da fonte quente (en Kelvin)

A posibilidade de interconversión entre calor e traballo posúe restricións para as chamadas máquinas térmicas. O Segundo Principio da Termodinámica, elaborado en 1824 por Sadi Carnot, é enunciado da seguinte forma:

"Para haber conversión continua de calor en traballo, un sistema debe realizar ciclos entre fontes quentes e frías, continuamente. En cada ciclo, é retirada unha certa cantidade de calor da fonte quente (enerxía útil), que é parcialmente convertida en traballo, sendo o restante rexeitado para a fonte fría (enerxía disipada)"

FIG. 1 Calor Qa-Qb convertido en traballo

O rendemento de unha máquina térmica é dada polo cociente do traballo pola enerxía útil, onde o traballo é definido pola diferenza da enerxía útil pola enerxía disipada.

Rendemento da Maquina (r)

$r=\frac{W}{Q_a}$

Rendemento da Maquina en % (r)

$r=(1-\frac{Q_b}{Q_a}) \ x 100%$

Traballo (w)

$W={Q_a}-{Q_b}$

onde:

${r}$ é o rendemento;

${Q_a}$ é a enerxía útil;

${W}$ é o traballo;

${Q_b}$ é a enerxía disipada;

O Ciclo de Carnot demostra que o maior rendemento posíbel para unha máquina térmica é o dunha máquina que realizase un ciclo de dúas transformacións adiabáticas e dúas transformacións isotérmicas, alternadas entre si, de acordo co esquema:

1)proceso isotérmico reversíbel, no cal a calor é trasladada do, ou para o reservatorio de alta temperatura;

2)proceso adiabático reversíbel, no cal a temperatura do fluído de traballo dun reservatorio a alta temperatura diminúe até o outro;

3)proceso isotérmico reversíbel, cuxa calor é trasladado do, ou para o reservatorio de menor temperatura;

4)proceso adiabático reversíbel, en que a temperatura do fluído de traballo vai aumentando desde o reservatorio (a baixa temperatura) até o outro.