Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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Ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico que es conocido por la mejor eficiencia posible. El ciclo de Carnot cambia la energía disponible en forma de calor para producir procesos reversibles-adiabáticos (isotrópicos) y otros útiles.
La eficiencia del motor de Carnot es uno menos la relación entre la temperatura del depósito térmico caliente y la temperatura del depósito frío. El ciclo de Carnot es conocido por establecer el punto de referencia de eficiencia más alto que cualquier ciclo o motor puede lograr.
El fluido de trabajo realiza el trabajo durante la primera parte del ciclo y el fluido de trabajo durante la segunda parte del ciclo. La diferencia entre los dos es el trabajo neto realizado.
La eficiencia del ciclo se puede maximizar utilizando los procesos que requieren la menor cantidad de trabajo y entregan la mayor cantidad mediante el uso de procesos reversibles. Prácticamente, los ciclos reversibles no se pueden lograr debido a la irreversibilidad asociada con cada proceso que no se puede eliminar.
Los refrigeradores y motores térmicos que funcionan en ciclos reversibles se consideran modelos para comparar los motores térmicos y refrigeradores reales. En el desarrollo del ciclo actual, el ciclo reversible sirve como punto de partida y se modifica para cumplir con el requisito.
El ciclo de Carnot se compone de cuatro procesos reversibles (2 procesos reversibles-isotérmicos y 2 procesos reversibles-adiabáticos) son los siguientes:
El ciclo de Carnot se demuestra a continuación a través del ejemplo relevante del pistón:
PASO 1 – 2
(Expansión isotérmica reversible, T h = constante) 
T H es la temperatura inicial del gas y también la temperatura del depósito, está en estrecho contacto con la culata.
La temperatura del gas desciende cuando el gas se expande y la misma se mantiene constante transfiriendo calor infinitesimal (dT) del depósito al gas.
La cantidad de calor transferido durante el proceso al gas es Q h
PASO 2 – 3
(Caída de temperatura de expansión adiabática reversible de T H a T L ) 
El sistema se vuelve adiabático cuando el depósito de calor se reemplaza por aislamiento. Durante este proceso, la temperatura del gas desciende a T l desde T h .
Este proceso se llama tanto reversible como adiabático (tenga en cuenta que la termodinámica de ingeniería tiene una definición específica para sistemas y procesos).
PASO 3 – 4
(Compresión isotérmica reversible, T l = constante) 
En la etapa 3, el disipador de calor reemplazó el aislamiento de la culata de cilindros a la temperatura T l . Cuando una fuerza externa empuja el pistón hacia adentro para realizar el trabajo con el gas, la temperatura del gas aumenta.
Pero la temperatura del gas se mantuvo constante al rechazar el calor al disipador. La cantidad de calor rechazada durante el proceso es Q l .
PASO 4 – 1
(La temperatura de compresión adiabática reversible aumenta de T 1 a T h ) 
El sumidero de energía se reemplaza con aislamiento y la temperatura del gas aumenta de T 1 a T h durante el proceso de compresión.
Trabajo neto realizado
El trabajo realizado por el gas durante el proceso de expansión es el área dada bajo la curva 1-2-3.
El trabajo realizado en el gas durante el proceso de compresión es el área dada bajo la curva 3-4-1 
Por lo tanto, el trabajo neto realizado está dado por el área bajo la trayectoria 1-2-3-4-1.
Importancia del ciclo de Carnot
La eficiencia del motor térmico depende de la temperatura máxima y mínima del ciclo:
Carnot afirma que la eficiencia del motor térmico es independiente del tipo de fluido y solo depende de las temperaturas máxima y mínima durante el ciclo.
Por lo tanto, la eficiencia del motor térmico es mayor cuando funciona a temperatura de vapor sobrecalentado.
Ciclo de Carnot y segunda ley de la termodinámica:
El ciclo de Carnot demostró claramente el hecho de que el calor se absorbe de la fuente de alta temperatura llamada depósito y el calor se rechaza para hundirse. Este hecho se convierte en la base de la segunda ley de la termodinámica. Pero se requiere trabajo externo para mover el calor en la dirección inversa.
Ciclo de Carnot invertido
El ciclo de Carnot es un ciclo reversible y se convierte en el ciclo de refrigeración de Carnot cuando el proceso se invierte. La dirección de las interacciones de calor y trabajo se invierte totalmente, por lo
tanto,
- El calor absorbido del depósito de baja temperatura es Q l
- El calor rechazado a un depósito de alta temperatura es Q h
- El trabajo realizado es W net-in
El ciclo de Carnot invertido es el mismo que el del ciclo de Carnot convencional excepto por la dirección de los procesos.
Historia del ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot lleva el nombre de «NL Sadi Carnot», quien lo inventó en 1824. A Sadi Carnot se le conoce como el fundador de la termodinámica por descubrir la relación entre el calor y el trabajo. Carnot fue uno de los primeros en darse cuenta de que el calor funciona esencialmente de una forma diferente.
