¿Por qué se considera que el ciclo de Carnot es el ciclo de energía de gas ideal?

Answer 1

El ciclo de Carnot es el único ciclo termodinámico que es reversible , porque la compresión y la expansión del gas son isentrópicas (sin flujo de calor), mientras que el calentamiento y el enfriamiento son isotérmicos (T no cambia, solo P y V), lo que significa que no hay energía. perdido en el aumento de la entropía del sistema. En un ciclo de Carnot, el gas se manipula para maximizar el intercambio de calor en el lado caliente y minimizarlo en el lado frío, realizando el delta completo en entropía a la temperatura óptima. Por la misma diferencia de temperatura:
– En un motor térmico , la energía perdida disminuiría el trabajo mecánico producido, al usar calor para aumentar la temperatura del gas y luego trabajar para disminuirla por expansión.
– En un refrigerador , la energía perdida aumentaría el trabajo requerido, al usar el trabajo para aumentar la temperatura del gas en compresión y luego calentar el lado frío para disminuirlo.
– En una bomba de calor , la energía perdida aumentaría el trabajo requerido, al usar el trabajo para disminuir la temperatura del gas en expansión y luego enfriar el lado caliente para aumentarlo.

Un ciclo de Carnot requiere expansión y compresión para ser estrictamente procesos de dos pasos, con un control preciso sobre el flujo de calor y sin fricción, lo cual es imposible en los motores reales. La aproximación más cercana que tenemos a un ciclo de Carnot ideal es el ciclo de Rankine , utilizado en centrales térmicas, que implica el cambio de fase de agua / vapor.

Para comprender completamente el razonamiento, vea el artículo relevante de Wikipedia:
http://en.wikipedia.org/wiki/Car…
Específicamente, mira las dos figuras a la derecha. Estos muestran el ciclo de Carnot que tiene la forma de un rectángulo de borde recto en un gráfico de temperatura-entropía (TS). La eficiencia de un ciclo termodinámico es la relación del área del ciclo (trabajo) dividida por la suma del área del ciclo y el área debajo del ciclo (calor total). El ciclo rectangular maximiza esta relación para un diferencial de temperatura dado.

Answer 2

Para responder a su pregunta, primero debemos entender la definición de ciclo termodinámico:

Un ciclo termodinámico se puede definir como un ciclo de circuito cerrado compuesto por múltiples procesos de manera que en cada proceso una de las propiedades del fluido de trabajo se mantenga constante. La otra suposición importante hecha en el estudio del ciclo termodinámico es la del equilibrio termodinámico (o reversibilidad local), es decir, todos los procesos que experimenta el fluido de trabajo son reversibles y que no hay fricción. En ese sentido son ideales. La eficiencia de un ciclo termodinámico ideal ofrece un límite superior de la máxima eficiencia que puede lograr el ciclo del mundo real.

Entonces, ya sea el ciclo de Rankine, el ciclo de Stirling o el ciclo de Carnot, si los estamos estudiando bajo un supuesto de equilibrio cerrado y termodinámico, entonces todos son ciclos ideales. La razón por la cual el ciclo de Carnot es tan importante es porque tiene la mayor eficiencia térmica en comparación con cualquier otro ciclo termodinámico ideal (y, por supuesto, del mundo real), ¡y es muy fácil de estimar! Entonces, si está diseñando una turbina de vapor, el primer paso sería estimar la eficiencia ideal de Carnot seguida de la eficiencia ideal de Rankine. La eficiencia cuando intenta medir ejecutando realmente una turbina de vapor sería mucho menor que las dos eficiencias anteriores.

El ciclo de Carnot es importante porque su eficiencia térmica es la más alta. La razón por la cual las máquinas no se construyen usando el ciclo de Carnot es una discusión separada y tiene que ver con pendientes muy similares del proceso isotérmico (temperatura constante) e isentrópico (entropía constante).