Uno de los padres de la termodinámica y el descubridor de un ciclo fundamental de la misma; Carnot.

El 24 de agosto de 1832, fallecía el físico e ingeniero francés Nicolas Léonard Sadi Carnot (París, 1 de junio de 1796 – 24 de agosto de 1832).

carnotCarnot ingresó en 1812 en la École Politechnique y se graduó dos años después.

Tras la guerra con el Reino Unido, Francia tuvo que importar de ese país la maquinaria de vapor más avanzada de la época, lo cual reveló a Carnot lo atrasada que se encontraba Francia con respecto a los demás países industrializados. Este hecho, unido a las inspiradoras conversaciones que mantuvo con el eminente científico e industrial Nicolas Clément-Desormes, lo impulsaron a centrar su actividad en el desarrollo de las máquinas movidas por vapor.

En 1824 publicó su obra maestra: “Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia”, donde expuso las ideas que darían forma al segundo principio de la termodinámica. in perderse en detalles técnicos, describió el ciclo energético de una máquina idealizada, cuyo rendimiento depende únicamente de las temperaturas inicial y final de la sustancia que impulsa la máquina (vapor o cualquier otro fluido), con independencia de la naturaleza de la misma.

Este trabajo, aunque no fue mal acogido por la comunidad científica, cayó en el olvido hasta 1934, cuando fue rescatado por el ingeniero ferroviario francés Émile Clapeyron. A partir de entonces influyó de forma definitiva en la labor de desarrollo de la teoría termodinámica encabezada por Rudolf Clausius en Alemania y William Thomson (lord Kelvin) en eI Reino Unido.

Como reconocimiento a las aportaciones del primero, el principio de Carnot se rebautizó como principio de Carnot-Clausius. Este principio permite determinar el máximo rendimiento de una máquina térmica en función de las temperaturas de su fuente caliente y de su fuente fría. Cuando Luis XVIII envió a Carnot a Inglaterra para investigar el elevado rendimiento de sus máquinas de vapor, se dio cuenta que la creencia generalizada de elevar la temperatura lo más posible para obtener el vapor mejoraba el funcionamiento de las máquinas.

carnot4Poco después descubrió una relación entre las temperaturas del foco caliente y frío y el rendimiento de la máquina. Como corolario se obtiene que ninguna máquina real alcanza el rendimiento teórico de Carnot (obtenido siguiendo el ciclo de Carnot), que es el máximo posible para ese intervalo de temperaturas. Toda máquina que sigue este ciclo de Carnot es conocida como máquina de Carnot.

Sadi Carnot no publicó nada después de 1824.Siguió con su labor científica hasta su temprana muerte en el año 1832, víctima de la epidemia de cólera que asoló París en esas fechas.

El ciclo de Carnot se produce cuando un equipo que trabaja absorbiendo una cantidad de calor Q1 de la fuente de alta temperatura, cede un calor Q2 a la de baja temperatura produciendo un trabajo sobre el exterior. El rendimiento es mayor que cualquier máquina que funcione cíclicamente entre las mismas fuentes de temperatura. U

Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina absorbe calor de la fuente fría y cede calor a la fuente caliente, teniendo que suministrar trabajo a la máquina. Si el objetivo de esta máquina es extraer calor de la fuente fría se denomina máquina frigorífica, y si es ceder calor a la fuente caliente, bomba de calor.

En una máquina el ciclo se recorre en sentido horario para que el gas produzca trabajo. Las transformaciones que constituyen el ciclo de Carnot son:

.- Expansión isoterma (1-2): al gas absorbe una cantidad de calor Q1 manteniéndose a la temperatura del foco caliente T1.
.- Expansión adiabática (2-3): el gas se enfría sin pérdida de calor hasta la temperatura del foco frío T2.
.- Compresión isoterma (3-4): el gas cede el calor Q2 al foco frío, sin variar de temperatura.
.- Compresión adiabática (4-1): el gas se calienta hasta la temperatura del foco caliente T1, cerrando el ciclo.

Una máquina térmica que realiza este ciclo se denomina máquina de Carnot.

carnot3La máquina de Carnot es una máquina ideal que utiliza calor para realizar un trabajo. En ella hay un gas sobre el que se ejerce un proceso cíclico de expansión y contracción entre dos temperaturas. Una máquina de Carnot es el procedimiento más eficaz para producir un trabajo a partir de dos focos de temperatura.

Puede construirse a partir de un cilindro sobre el que discurre un pistón unido a una biela que convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento circular. El cilindro contiene una cierta cantidad de un gas ideal y la máquina funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes T1 < T2. Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas se hace isotérmicamante, es decir, manteniendo la temperatura constante. Esta parte del proceso es, por lo tanto, reversible. El ciclo se completa con una expansión y una compresión adiabáticas, es decir, sin intercambio de calor, por lo que esta parte del ciclo es también reversible.

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Publicado el 24 agosto, 2015 en Física, Química. Añade a favoritos el enlace permanente. Deja un comentario.

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