El ciclo de Carnot

Sadi Carnot fue un ingeniero francés que en 1.824 estudió la eficiencia de las diferentes máquinas térmicas y diseñó una máquina térmica totalmente reversible que funciona entre dos fuentes de calor de temperaturas fijas. Esta máquina se conoce como la máquina de Carnot y su funcionamiento se llama el ciclo de Carnot, que es un ciclo termodinámico ideal del que se podría obtener el máximo rendimiento posible cuando actúa entre dos focos térmicos.

Éste es un ciclo reversible formado por dos transformaciones isotérmicas y otras dos adiabáticas.

Este tipo de transformaciones no se dan en la naturaleza, donde todas las transformaciones termodinámicas son irreversibles.
La máquina de Carnot podría ser como un cilindro con un pistón unido a una biela que convierte el movimiento lineal del pistón en movimiento circular. Dentro del cilindro hay una cantidad de un gas ideal, y funciona intercambiando calor entre dos fuentes de temperaturas constantes

-->(T_F < T_C).
Las transferencias de calor entre las fuentes y el gas se hace isotérmicamante (temperatura constante). El ciclo se compeleta con una expansión y una compresión adiabáticas (sin intercambio de calor).
El ciclo se compone de cuatro etapas:

1. Expansión isotérmica
2. Expansión adiabática
3. Compresión isotérmica
4. Compresión adiabática

En estas animaciones puedes observar una aproximación al Ciclo de Carnot.



Enlace Carnot Cycle



Enlace Carnot Cycle

El rendimiento de una máquina de Carnot (el cociente entre el calor absorbido y el trabajo neto realizado) es máximo y viene dado por la expresión:

Rendimiento= 1 - T_f/T_c

donde T_F es la temperatura del foco frío y la T_C temperatura del foco caliente.

Se deduce que el rendimiento del Ciclo de Carnot depende únicamente de los focos entre los cuales trabaja. A mayor diferencia de temperatura entre la fuente caliente y fría, mayor rendimiento.
Este rendimiento nunca puede ser igual a 1, pues para que esto sucediera, la temperatura del foco frío debería ser 0 K, lo cual es imposible. 

El Ciclo de Carnot es el ciclo más sencillo y de mayor rendimiento con que funciona una máquina térmica. Las máquinas reales son menos eficientes pues están sujetas a dificultades prácticas como fricción y perdida de calor por conducción.