Ciclo de Carnot

Diagrama Presión - Volume do ciclo de Carnot.

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

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 dunha 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 Máquina (r)

$r={\frac {W}{Q_{a}}}$

Rendemento da Máquina en % (r)

$r=(1-{\frac {Q_{b}}{Q_{a}}})\ x100\%$

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.