Problemas del ciclo de carnot
CICLO DE GASES:
A la sucesión periódica de diferentes estados de presión, volumen y temperatura a la que es sometido un gas dentro de una maquina o de un motor de modo que sufra determinadas transformaciones es a lo que se le llama ciclo termodinámica. Todos los motores térmicos trabajan con ciclos de este tipo, tanto la maquina de vapor, como los motores de explosión o el Diesel y las Turbinas de Gas.
El ciclo termodinámico básico es el ciclo de Carnot, que esta constituido por las siguientes fases.
Expansión isotérmica, durante el cual absorbe calor y entrega trabajo.
Expansión adiabática, durante el cual se realiza trabajo sin intercambio de calor.
Compresión isotérmica, en la que el sistema recibe trabajo procedente de las fuerzas externas, entregando calor.
Compresión adiabática, en la cual el sistema recibe trabajo sin intercambio de calor. se trata de un ciclo que trabaja con dos líneas isotermas y dos adiabáticas, además se trata de un ciclo reversible.
El Ciclo Teórico, asume una maquina ideal y un fluido ideal. No hay pérdidas por rozamiento. Sirve para obtener las relaciones básicas de rendimiento y trabajo útil.
Los ciclos ideales, se basa en simplificar la enorme complejidad de los procesos físicos-químicos que ocurren al fluido que evoluciona dentro del motor.
Estas simplificaciones son las siguientes:
1.- Se considera que el fluido que evoluciona en el interior del motor es solamente aire
2.- Se considera un sistema cerrado, no hay transferencia de masa desde el exterior o al exterior desde el sistema fluido motor.
3.- El aire se considera que se comporta como un gas ideal
4.- Las capacidades caloríficas, tanto a presión como a volumen constante son constantes
5.- No existen pérdidas de carga
6.- No hay transmisión de calor con el exterior o desde el exterior, en los periodos de compresión y expansión
Con las transformaciones isotermas, isocoras, isobaras y adiabáticas se pueden idear varios tipos de ciclos termodinámicos y de ellos se pueden hacer cuatro variantes para poder estudiar las diferentes maquinas térmicas. Estos ciclos son:
· Ciclos a temperatura constante.
· Ciclos a volumen constante
· Ciclos a presión constante.
· Ciclo mixto de Sabathé
CICLOS A TEMPERATURA CONSTANTE
A este tipo corresponde el ciclo de Carnot y es el que se utiliza en los motores que funcionan bajo el sistema de la maquina de vapor. Estas maquinas tienen el inconveniente de no poder conseguir diferencias de temperatura para sus focos de calor, tal como quiere el principio de Carnot. Por esta razón su rendimiento es bastante bajo
CICLO A VOLUMEN CONSTANTE
El diagrama teórico típico de este ciclo para los motores de cuatro tiempos, corresponde al llamado ciclo Otto y es el propio de los motores de explosión que tanto se utilizan en los automóviles modernos.
Tiempo 1º Admisión. (Transformación isobara
E – A):
en este momento, el pistón se encuentran en el PMS, se abre la válvula de admisión, se inicia el descenso del pistón hacia el PMI,entrando en el cilindro comburente más combustible mezclados.
La línea EA corresponde al tiempo de admisión.
Se trata de una isobara que aumenta el volumen manteniendo la presión ligeramente inferior a la atmosférica.
TIEMPO 2º Compresión. (Transformación adiabática A – B):
cuando el pistón llega al PMI se cierra la válvula de admisión y el pistón inicia su ascenso hasta el PMS comprimiendo considerablemente al aire. Esta compresión eleva la temperatura del aire.
La línea AB corresponde a la compresión y es una adiabática que reduce volumen y aumenta la presión.
Tiempo 3º Combustión – expansión. (Transformación isócora B – C y adiabática C – D):
cuando el pistón se encuentra próximo al PMS, se produce una chispa en la bujía, inflamando la mezcla y aumentando considerablemente la presión dentro del cilindro. En este momento se inicia la única carrera útil del ciclo haciendo que el pistón pase desde el PMS al PMI.
La línea BC representa el mismo instante de la explosión o salto de chispa eléctrica entre los electrodos de la bujía.
Durante una fracción de segundos el gas aumenta la presión considerablemente produciendo una isocora. Acto seguido comienza la mezcla encendida a liberar su calor y a aumentar de volumen lo que constituye la carrera descendente y motriz de este ciclo y se halla representada por la línea CD que es adiabática.
Tiempo 4º Expulsión o escape. (Transformación isócora D – A y isobara AE):
Cuando llegue de nuevo al PMI se abre la válvula de escape provocando la evacuación de los gases quemados a la atmósfera, el resto de los gases son expulsados por el pistón en su ascenso al PMS. Cuando llega al PMS se cierra la válvula de escape y se abre la de admisión iniciándose un nuevo ciclo con el descenso del pistón.
El presente ciclo se llama a volumen constante porque el tiempo que lo singulariza es aquel momento en que se produce la chispa y se enciende la mezcla. La primera reacción del gas consiste en aumentar la presión (línea BC) manteniendo el volumen constante hasta que empieza la expansión.