Ciclo carnot

Información Tecnológica
Análisis
del Comportamiento
de un Ciclo Tipo Carnot
Vol. 21(4),
79-86 (2010)

Ladino-Luna

doi:10.1612/inf.tecnol.4376it.09

Análisis del Comportamiento de un Ciclo Tipo Carnot
Delfino Ladino-Luna
Universidad Autónoma Metropolitana-Atzcapotzalco, Área de Física de Procesos Irreversibles,
Dpto. de Ciencias Básicas, Av. San Pablo 180, Col. Reynosa, 02200,Atzcapotzalco, D. F.-México
(e-mail: dll@correo.azc.uam.mx)
Recibido Oct. 26, 2009; Aceptado Ene. 08, 2010; Versión Final recibida Feb. 12, 2010

Resumen
Se hace un análisis de las regiones de existencia de la función potencia de salida y función
ecológica, que dan lugar a la forma de las respectivas eficiencias para un ciclo tipo Carnot, llamado
ciclo endorreversible, a potencia de salidamáxima y función ecológica máxima. Se muestra la
importancia dichas regiones de existencia de estas funciones para diversos resultados de la literatura
relacionada con la termodinámica de tiempos finitos. Se concluye que para modelar gráficamente el
desempeño de una máquina térmica, es necesario hacer un análisis de las regiones de existencia de
los parámetros importantes que describen elcomportamiento de la maquina.
Palabras clave: eficiencia, endorreversibilidad, optimización, potencia de salida, ciclo de Carnot

Analysis of the Behavior of a Carnot Type Cycle
ABSTRACT
An analysis of the regions of existence of power output and ecological function, that give the form of
respective efficiencies for a Carnot type cycle, called endorreversible cycle, at maximum power output
and atmaximum ecological function is done. The importance of these regions of existence of these
functions is shown, for different results from the literature on finite time thermodynamics. It is
concluded that for graphically modeling the performance of a heat engine, it is necessary to perform
an analysis of the regions of existence of the most important parameters that describe this behavior of
theengine
Keywords: efficiency, endoreversibility, optimization, power output, ecological function, Carnot cycle
Información Tecnológica Vol. - 21 Nº 4 - 2010

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Análisis del Comportamiento de un Ciclo Tipo Carnot

Ladino-Luna

INTRODUCCIÓN
En el contexto de la Termodinámica Clásica de Equilibrio, el modelo más simple de una máquina que
transforma calor en trabajo es el conocido ciclode Carnot. El comportamiento de la máquina térmica,
representada por este ciclo, se expresa por la relación entre la cantidad eficiencia η , y la razón de
las temperaturas de los almacenes de calor ε = T2 T1 , la eficiencia de Carnot η C = η C (ε ) , dada por,

η C ≡ 1 − T2 T1 .

(1)

Las temperaturas de los almacenes frío y caliente, respectivamente, son T2 y T1 (que se supone son
lasmismas que las temperaturas de trabajo de la máquina térmica, ver figura 1), y η C constituye un
límite físico para cualquier máquina térmica. El ciclo de Carnot paga el precio de ser el más eficiente
posible con tener una potencia nula, pues los procesos que lo componen son infinitamente lentos.

T
1

QH
2

T1
QC

T2

4

3

S
Fig. 1. Ciclo de Carnot en el plano entropía, S, vs.Temperatura, T. Las cantidades
Q1 y Q2 son los calores absorbido y cedido, respectivamente por la máquina.
Un ciclo más realista que el de Carnot es el ciclo modificado de la Figura 2, con potencia no nula,
donde se toman en cuenta los procesos de transferencia de calor entre el sistema y sus alrededores,
hallando el tiempo de duración de dichos procesos, propuesto por Curzon y Ahlborn (1975).Al
suponer una conductancia térmica α , constante, y que la transferencia de calor se realiza como
indica la ley de enfriamiento de Newton, para este ciclo se puede escribir,
dQ
= ( −1) i −1 α (Ti − Tiw ) ;
dt

i = 1,2 .

(2)

La rapidez de transferencia de calor Q es dQ dt , Ti es la temperatura de la fuente (caliente ó fría) y
Tiw es la temperatura de trabajo de la máquina. Para...