¿Qué es el ciclo de calor de Carnot?

El ciclo de calor de Carnot, más propiamente llamado ciclo de Carnot, es un ciclo termodinámico idealizado que se utiliza para determinar la máxima eficiencia posible para un motor térmico que funciona entre dos temperaturas dadas. Se utiliza con fines teóricos, pero en realidad no puede operar en sistemas físicos. Aunque, en teoría, un motor podría construirse operando cerca de la máxima eficiencia, la transferencia de calor en el ciclo es demasiado lenta para que sea un sistema práctico. El valor principal del ciclo de Carnot radica en establecer la máxima eficiencia para otros tipos de motores térmicos.

Se hacen dos supuestos al construir el ciclo de calor de Carnot, para darle la máxima eficiencia posible: todos los procesos son reversibles y no hay cambio en la entropía. Un proceso reversible es aquel que puede volver a su estado original sin pérdida de energía. La entropía es la cantidad de energía en un sistema que no está disponible para hacer el trabajo. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, la cantidad de entropía en un sistema debe aumentar o permanecer igual cuando ocurre un proceso. Ninguno de estos supuestos puede cumplirse en condiciones naturales, pero son útiles para determinar la máxima eficiencia.

Cuatro procesos se repiten en un ciclo de calor de Carnot. El primero es una expansión isotérmica . 'Isotérmico' significa que la temperatura permanece igual durante todo el proceso. El volumen aumenta y la presión disminuye durante esto, y se agrega energía al sistema.

El siguiente proceso se conoce como expansión adiabática . En los procesos adiabáticos, el sistema no gana ni pierde calor. Los cambios en la temperatura ocurren debido a cambios en la presión y el volumen. Para este paso en particular, se disminuye la presión y se aumenta el volumen para disminuir la temperatura.

El tercero es una compresión isotérmica . La presión aumenta y el volumen disminuye durante este proceso, y la energía se elimina del sistema. Finalmente, se realiza una compresión adiabática para devolver el sistema a su estado original. La presión aumenta y el volumen disminuye para aumentar la temperatura.

Debido a la suposición de que no hay cambios en la entropía durante el ciclo de Carnot, podría realizarse sin cesar y mantener la misma cantidad de energía cada vez que volviera a su estado original. Sin embargo, todavía hay algo de entropía incluso en este sistema idealizado, lo que significa que no puede ser 100% eficiente. La eficiencia real de un ciclo de calor de Carnot se puede calcular utilizando sus temperaturas máximas y mínimas, en la escala de temperatura absoluta o Kelvin (K). En esta ecuación, la temperatura mínima se resta de la máxima, y ​​este número se divide por la temperatura máxima.