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1 UNIVERSIDAD SEÑOR DE SIPAN FACULTAD: INGENIERIA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL Y COMERCIO EXTERIOR CURSO: Física I PROFESOR: Ing. Miguel Antonio Castope Camacho. TEMA: CICLO DE CARNOT RESPONSABLES: Lozada Sandoval Evelyn Ticlla Rojas Cleidi Vergara Fernández Solange

Ciclo de Carnot

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Ciclo de Carnot

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  • 1

    UNIVERSIDAD SEOR DE SIPAN

    FACULTAD: INGENIERIA, ARQUITECTURA Y URBANISMO ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL Y

    COMERCIO EXTERIOR

    CURSO:

    Fsica I

    PROFESOR:

    Ing. Miguel Antonio Castope Camacho.

    TEMA:

    CICLO DE CARNOT

    RESPONSABLES:

    Lozada Sandoval Evelyn

    Ticlla Rojas Cleidi

    Vergara Fernndez Solange

  • 2

    PRESENTACION:

    Mediante el presente trabajo queremos explicar el origen de la Mquina de

    Carnot, as como su funcionamiento y sus usos en la industria. Para ello

    explicaremos los siguientes conceptos previos: Leyes Termodinmicas (1 y

    2 ley), eficiencia , Mquina Trmica , con lo cual llegaremos al fin al tema

    que nos interesa explicar que es El Ciclo ideal de Carnot, que fue

    propuesto por el fsico francs Sadi Carnot, que vivi a principios del siglo

    XIX. Una maquina de Carnot es perfecta, es decir convierte la mxima

    energa trmica posible en trabajo mecnico. Basndonos en sus principios

    bsicos como la entropa, que es importante aclarar pues consiste en una

    magnitud fsica que permite, mediante el clculo, determinar la parte de la

    energa que no puede utilizarse para producir trabajo. Se simboliza (s).

    Adems comentaremos en clase algunos ejercicios acerca de nuestro tema.

    Esperando que lo investigado les sirva para comprender todo lo relacionado

    con la Termodinmica, procederemos a exponer los puntos a tratar.

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    INTRODUCCION:

    Para comprender algo sobre lo que vamos a tratar en el siguiente tema

    revisaremos lo siguiente: El ciclo ideal de Carnot fue propuesto por

    el fsico francs Sadi Carnot, a principios del siglo XIX. Una mquina de

    Carnot, aquella que sigue este ciclo, es perfecta, es decir, convierte la

    mxima energa trmica posible en trabajo mecnico. Los puntos que

    explicaremos en el tema a exponer sern:

    LEYES TERMODINAMICAS: (primera ley y segunda ley).

    Enunciado de Kelvin y Planck.

    Enunciado de Clausius.

    La entropa.

    Eficiencia.

    Maquina trmica.

    Ciclo de Carnot.

    Teorema de Carnot.

    Maquina de Carnot.

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    OBJETIVOS:

    Los objetivos trazados en el siguiente tema de

    exposicin son:

    Introducir la 2 ley de la termodinmica.

    Analizar los depsitos de energa trmica.

    Reconocer los procesos reversibles irreversibles.

    Explicar el funcionamiento y origen de las mquinas trmicas

    idealizadas de Carnot.

    Reforzar un poco los temas de Refrigeradores, bombas de calor y

    dispositivos cclicos.

    Describir el Ciclo de Carnot.

    Examinar los principios de Carnot.

    Explicar las caractersticas del Ciclo de Carnot.

    Explicar acerca de las maquinas trmicas idealizadas por Carnot.

    Aplicar algunos ejercicios en clase para demostrar el desarrollo del

    tema. (Resolver en clase por intervencin de nuestros compaeros).

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    MARCO TEORICO:

    2 ley de la termodinmica:

    El segundo principio de la termodinmica dictamina que si bien la materia y la

    energa no se pueden crear ni destruir, s que se transforman, y establece el

    sentido en el que se produce dicha transformacin. Sin embargo, el punto

    capital del segundo principio es que, como ocurre con toda la teora

    termodinmica, se refiere nica y exclusivamente a estados de equilibrio. Toda

    definicin, corolario o concepto que de l se extraiga slo podr aplicarse a

    estados de equilibrio, por lo que, formalmente, parmetros tales como la

    temperatura o la propia entropa quedarn definidos nicamente para estados

    de equilibrio.

    Reconocer los procesos reversibles irreversibles:

    Los procesos reales se producen en una direccin preferente. Es as

    como el calor fluye en forma espontnea de un cuerpo ms clido a otro ms

    fro, pero el proceso inverso slo se puede lograr con alguna influencia externa.

    Cuando un bloque desliza sobre una superficie, finalmente se detendr. La

    energa mecnica del bloque se transforma en energa interna del bloque y de

    la superficie.

    Estos procesos unidireccionales se llaman procesos irreversibles. En general,

    un proceso es irreversible si el sistema y sus alrededores no pueden regresar

    a su estado inicial.

    Por el contrario, un proceso es reversible si su direccin puede invertirse en

    cualquier punto mediante un cambio infinitesimal en las condiciones externas.

    Una transformacin reversible se realiza mediante una sucesin de estados de

    equilibrio del sistema con su entorno y es posible devolver al sistema y su

    entorno al estado inicial por el mismo camino. Reversibilidad y equilibrio son,

    por tanto, equivalentes. Si un proceso real se produce en forma cusiesttica.

  • 6

    Mquinas Trmicas y Refrigeradores:

    En el desarrollo de la segunda ley de la termodinmica es

    conveniente tener un cuerpo hipottico con capacidad de energa

    trmica (masa x calor especfico) grande que pueda suministrar o

    absorber cantidades finitas de calor sin que sufra ningn cambio de

    temperatura. Un cuerpo con esas caractersticas se llama depsito

    de energa trmica. En la prctica, los grandes cuerpos de agua

    como los ocanos, lagos y ros, as como el aire atmosfrico,

    precisamente, pueden modelarse como depsitos de energa trmica

    debido a sus grandes capacidades de almacenamiento de energa

    trmica o de masas trmicas.

    2 ley de la termodinmica: Procesos reversibles

    irreversibles:

    Mquinas Trmicas y

    Refrigeradores:

  • 7

    El ciclo ideal de Carnot fue propuesto por el fsico francs Sadi

    Carnot, que vivi a principios del siglo XIX. Una maquina de

    Carnot es perfecta, es decir convierte la mxima energa trmica

    posible en trabajo mecnico.

    Carnot demostr que la eficiencia mxima de cualquier maquina

    depende de la diferencia entre temperaturas mxima y mnima

    alcanzadas durante un ciclo. Cuanto mayor es esa diferencia,

    ms eficiente es la maquina, por ejemplo, un motor de un

    automvil seria ms eficiente si el combustible se quemara a

    mayor temperatura a los gases de escape salieran a menor

    temperatura.

    Es decir que en este ciclo ideal la mxima eficiencia posible

    obtenida por a mquina trmica es cual consta de cuatro pasos:

    1 2 Expansin isotrmica

    23 Expansin adiabtica

    34 Compresin isotrmica

    41 Compresin adiabtica

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    Una mquina trmica totalmente reversible est libre de efectos disipativos y

    desequilibrio durante su operacin, tales efectos deben ser nulos en la mquina

    y en la transferencia de calor que se realiza con una fuente trmica y un

    sumidero de calor, es decir, la transferencia de calor debe ser reversible. Pero

    si dentro de la mquina trmica existe alguna irreversibilidad o hay

    interacciones de la mquina trmica con su ambiente, la mquina se clasifica

    como irreversible. El ciclo de Carnot es el ciclo ms eficiente.

    El principio de Carnot, se refiere a los teoremas sobre la eficiencia trmica de

    las mquinas trmicas reversibles e irreversibles, y consta de dos enunciados:

    La eficiencia trmica de una mquina trmica irreversible es siempre menor

    que la eficiencia trmica de una mquina trmica totalmente reversible que

    funciona entre los mismos depsitos de calor.

    Las eficiencias trmicas de dos mquinas trmicas totalmente reversibles que

    funcionan entre los mismos dos depsitos de calor son iguales.

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    Caractersticas del Ciclo De Carnot

    El ciclo de Carnot utiliza dos fuentes una de Baja temperatura y otra a

    Alta temperatura las cuales sin importar la cantidad de calor que se

    transfiera permanecen constantes.

    Todos los procesos del ciclo de Carnot son reversibles y por ser as todo

    el ciclo se podra invertir.

    El fluido de trabajo de una maquina trmica en el ciclo de Carnot debe

    tener una temperatura infinitesimalmente mayor que la fuente de alta

    temperatura y temperatura infinitesimalmente inferior que la fuente de

    baja temperatura en el caso de un refrigerador.

  • 10

    Ejercicios:

    1. Un gas adiabtico realiza un proceso isobrico incrementado su temperatura en 10

    C, si se sabe que existen dos moles de dicho gas, Qu cantidad de calor, en J,

    recibi?

    a) 166,2

    b) 415,5

    c) 477,1

    d) 500,5

    e) 581,7

    SOLUCION

    Gas diatmico:

    Por la ley de la termodinmica:

    Repta: e

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    2. .- Se comprime esotricamente un gas ideal, segn muestra el grfico. Determine el

    calor recibido por el gas, en J. Considere ln 2= 0,693

    a) -96,5

    b) -138,6

    c) -200

    d) -296,5

    e) -100

    Solucin:

    Del grafico:

    Proceso isotrmico:

    (0)

    Repta: b

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    3. Una mquina de Carnot funciona entre los focos a 600K Y 300K de temperatura. Si

    esta mquina es capaz de levantar un saco con 100K de papas una altura de 5m, en

    cada ciclo. Determine el calor recibido por la maquina, en KJ, para efectuar tal proeza

    (g= 10m/ ).

    a) 0,5

    b) 4

    c) 5

    d) 8

    e) 10

    Solucin :

    Eficiencia de la maquina: trabajo realizado en cada ciclo:

    Calor recibido en cada ciclo:

    Repta: e

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    Ejercicios aplicativos

    1. La eficiencia de una maquina de Carnot es de 30%. La maquina

    absorbe 800J de calor por ciclo de una fuente caliente a 500K.

    Determine:

    a. el calor liberado por el ciclo.

    b. la temperatura de la fuente fra.

    SOLUCIN:

    a.

    sea

    De donde

    b.

    sea

    De donde