CICLO DE CARNOT

CICLO DE CARNOT (ANALISIS)
En el contexto de la Termodinámica Clásica de Equilibrio, el modelo más simple de una máquina que transforma calor en trabajo es el conocido ciclo de Carnot. Elcomportamiento 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 s = T2/T1, la eficienciade Carnot ηc = ηc(ε), dada por,
ηc =1-T2/T1 (1)
Las temperaturas de los almacenes frío y caliente, respectivamente, son T2 y T1 (que se supone son las mismas que las temperaturas de trabajo de lamáquina térmica, ver Figura 1), y ηc 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 losprocesos que lo componen son infinitamente lentos.

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 porla 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 susalrededores, hallando el tiempo de duración de dichos procesos, propuesto por Curzon y Ahlborn (1975). Al suponer una conductancia térmica a, constante, y que la transferencia de calor se realiza comoindica la ley de enfriamiento de Newton, para este ciclo se puede escribir,

La rapidez de transferencia de calor Q es dQ/dt, T¡ es la temperatura de la fuente (caliente ó fría) y Tiw es latemperatura de trabajo de la máquina. Para el ciclo de Carnot se tiene T2 = T2w y T1 = T1w.

Fig. 2. Ciclo de Curzon y Ahlborn en el plano entropía S, vs. Temperatura T. Q1 y Q2 son los calores absorbido ycedido, respectivamente por la máquina.
Para el ciclo a potencia máxima, Curzon y Ahlborn obtuvieron una eficiencia como la hallada para plantas núcleo-eléctricas por Novikov (1957) y Chambadal (1957),...