Hoy discutiremos y analizaremos el ciclo de Carnot. El ciclo de Carnot es ciclo estándar de aireFue dado por la ingeniera francesa Sadie Carnot y se llama Ciclo de Carnot. Este es el ciclo ideal de todos los ciclos termodinámicos ya que da la máxima eficiencia entre las dos diferencias de temperatura. Cuando examine otros ciclos, compárelos con el ciclo de Carnot, que da la mayor cantidad de trabajo en estos rangos de temperatura.
Tabla de contenido
Ciclo de Carnot:
trabajar:
Como se discutió, el ciclo de Carnot es una combinación de dos procesos isotérmicos y dos isoentrópicos.En el ciclo de Carnot, se agrega o elimina calor a temperatura constante, lo que provoca expansión y compresión.
Isentrópicamente. El ciclo de Carnot asume un dispositivo de pistón-cilindro que está aislado del entorno. No se puede agregar o quitar calor del sistema. El cabezal del sistema es reemplazable por un depósito de calor durante el proceso. Al principio, el pistón está en la parte superior o punto muerto superior del cilindro. En esta posición, la cabeza aislada se reemplaza por un depósito térmico caliente que agrega energía térmica al sistema por la ley de cero. Esta energía térmica mueve o expande el pistón hacia abajo. Tenga en cuenta que la energía térmica agregada por el depósito no eleva la temperatura del sistema. Como solo trabajamos expandiendo el pistón, el proceso es isotérmico.
Cuando el pistón llega a la mitad del cilindro, la cabeza se reemplaza por una cabeza adiabática, por lo que no se agrega calor al sistema, pero la inercia del pistón hace que continúe expandiéndose usando el calor del fluido de trabajo (aire) , Temperatura del sistema. El proceso es isoentrópico ya que no se agrega calor extra al sistema. En este punto, el pistón alcanza su límite inferior máximo o punto muerto inferior.
La culata ahora ha sido reemplazada por un depósito de calor frío que absorbe el calor del sistema. Debido a esto, el aire se contrae para mantener la temperatura constante. El pistón sube o comprime el aire. En este proceso, el calor extraído por el sistema se utiliza para comprimir el sistema, manteniendo constante la temperatura del sistema. Por lo tanto, la compresión es isotérmica.
Si el pistón está en el medio del cilindro, el depósito de calor de la cabeza se reemplaza por una cabeza adiabática. Por lo tanto, no se eliminan cabezas del sistema en este extremo. La inercia del pistón hace que se mueva continuamente hacia arriba, comprimiendo el aire y aumentando su temperatura. El proceso es isoentrópico ya que no se agrega ni elimina calor hasta esta compresión. En este punto, el pistón alcanza su estado inicial (punto muerto superior) y así completa el proceso cíclico. El fluido de trabajo (aire) también ha alcanzado su estado inicial, completando así el ciclo termodinámico.
Análisis estándar de aire:
Como se explicó en el párrafo anterior, el ciclo de Carnot consta de cuatro procesos. estos son:-
1. Expansión isotérmica:
En este proceso, se aplica calor al sistema y el pistón se expande isotérmicamente. La temperatura del aire se mantiene constante en este proceso.
La cantidad de calor añadida al sistema viene dada por el proceso isotérmico como:
Añadir Qheat = mRT1log(V2/V1)
= mRT1log(r)
donde r es la relación de compresión.
2. Expansión isentrópica:
En este proceso, no se agrega calor al sistema y el pistón se expande isoentrópicamente. Durante este proceso, la temperatura del aire desciende desde su temperatura inicial. En este proceso, el trabajo realizado por el sistema. El trabajo realizado en este proceso isoentrópico es
Trabajo realizado = (P2V2 – P3V3) / ( γ – 1 )
donde γ es la relación de calor específico del aire.
3. Compresión isotérmica:
En este proceso se comprime el aire y se elimina el calor del sistema. La temperatura del aire se mantiene constante en este proceso.
El calor removido por el sistema viene dado por un proceso isotérmico.
Q eliminación de calor = mRT3log(V4/V3)
= mRT1log(r)
Como V4/V3 = V2/V1 = r
4. Compresión Isentrópica:
En este proceso, no se agrega calor al sistema y el pistón comprime el aire isoentrópicamente. Durante este proceso, la temperatura del aire aumenta desde su temperatura inicial. En este proceso, el trabajo realizado en el sistema.
Trabajo realizado = (P1V1 – P4V4) / ( γ – 1 )
donde γ es la relación de calor específico del aire.
eficiencia:
La eficiencia del ciclo de Carnot se analiza termodinámicamente.La eficiencia de cualquier motor dada por
η = trabajo realizado / calor suministrado
trabajo realizado = calor suministrado – calor rechazado
Trabajo realizado = mRT1log(r) – mRT3log(r)
= mRlog(r) [T1 – T3]
Se da isotérmicamente a medida que se suministra calor y se rechaza calor.
η = trabajo realizado / calor suministrado
= mRlog(r) [T1 – T3] /mRlog(r)T1
= [T1 – T3] / T1
= 1 – T3/T1