Hacemos referencia en este artículo a un clásico que todo ingeniero químico debe conocer: la máquina de Carnot.
La máquina de Carnot, como precursora de la Segunda Ley de Termodinámica es una obra maestra de la ingeniería química. El ingenio de Carnot deriva del cuestionamiento al tono irreversible de la transformación de energía en la naturaleza.
Dado que, en condiciones controladas, la energía no aprovechable es reducible al transformar energía calórica en energía motriz. Genialidad desarrollada por el francés Sadi Carnot en su artículo de 1824 “El poder motriz del fuego”.
Carnot, combinó la expansión y la comprensión térmica de los gases creando un motor con 4 tramos; 2 isotérmicos como fuente de calor y 2 adiabáticos para absorber calor, que componen centros de temperatura opuestos, generándose traspaso de energía del foco calórico al gas y del gas al foco frigorífico.
Con la Maquina de ciclo de Carnot se establece que el rendimiento de un ciclo cualquiera es inferior al ciclo de Carnot. Esto es debido a que el traslado de energía depende de condiciones de control artificial para no tener pérdidas por disipación.
Tramos y procesos del ciclo de Carnot
El ciclo de Carnot se compone de varios tramos y procesos que te detallamos a continuación:
- Expansión Isotérmica: del gas donde la cantidad de calor pasa del gas al foco frigorífico.
- Expansión adiabática: donde la temperatura del gas disminuye.
- Compresión isotérmica: donde la máquina genera una perdida de calor al ejercer fuerza en el gas.
- Compresión adiabática: donde el sistema está térmicamente aislado y continúa afectando al gas, provocando que la temperatura vuelva a subir.
La maquina de Ciclo de Carnot es la ingeniería mecánica que se desarrolla en dos vectores que estandarizan la cantidad de energía que se genera traspasando el calor y transformando esta dinámica en movimiento.
Si vemos un diagrama del ciclo de Carnot en dos dimensiones, queda en evidencia la termodinámica presente en el proceso, si utilizamos una medida de fuerza generalizada y una de desplazamiento generalizado que resalten la condición cíclica de un motor y el rendimiento que se espera de este. Algunos ejemplos de estas combinaciones son: Presión-Volumen; Fuerza Electromotriz-Carga; Campo magnético-Imantación.
El ciclo de Carnot se evidencia al existir una medida de fuerza generalizada inicial y una final. Cada una de estas coincide con un valor inicial y un valor final de desplazamiento generalizado.
Aplicaciones de la máquina de Carnot
Entre las herramientas conceptuales de la ingeniería química, el ciclo de Carnot representa el origen de la creación de los principios pertenecientes a la segunda ley de termodinámica.
La máquina de ciclo de Carnot es la más eficiente posible, considerando la ausencia de desperdicio de energía en procesos como la fricción y asumiendo la no absorción de energía en los distintos tramos del ciclo.
En la búsqueda de responder si la fuerza motriz del calor tiene límites y si una máquina diseñada para trabajar a determinada temperatura puede tener perdidas de temperatura que contribuyan al trabajo del motor, Carnot desarrolló su investigación utilizando el vapor como desplazamiento generalizado y el calor como fuerza generalizada.
El ciclo de Carnot tiene la aplicabilidad correspondiente a procesos termodinámicos y electromecánicos fundamentales en motores o generadores de energía con bajo o nulo consumo de energías fósiles.
