¿Qué es el motor térmico de Carnot?

Un motor térmico de Carnot es un motor térmico hipotético que funciona sobre la base del ciclo de Carnot reversible. Se asume como el ciclo de calor más eficiente que consta de dos procesos isotérmicos y dos adiabáticos. Este es el motor que podría funcionar con la máxima eficiencia.
En el ciclo de calor de Carnot hay cuatro pasos básicos en el primer paso, el motor absorbe calor y el gas comienza a expandirse. En este paso, la temperatura del gas no cambia y, por lo tanto, es un proceso isotérmico, toda la cantidad de energía térmica se usa para expandir el gas únicamente. En el segundo paso, el gas aún se está expandiendo pero se está enfriando, por lo que este tipo de proceso se denomina expansión adiabática. En el tercer paso, el gas que se enfrió en el paso dos ahora se vuelve a comprimir y el calor va al disipador de calor. En esta tercera etapa hay una disminución en el volumen pero un aumento en la presión del gas, sin embargo, la temperatura permanece constante, por lo que este es un proceso de compresión isotérmica.En el cuarto paso, el gas frío se comprime nuevamente y su temperatura vuelve a la temperatura original nuevamente, se observa un cambio de temperatura, por lo que se trata de una compresión adiabática.

Un motor que vuelve a su condición inicial después de algunos cambios se llama motor térmico CARNOT. Es un motor imaginario que tiene la máxima eficiencia, este motor está libre de pérdidas auditivas y por fricción.

CONSTRUCCIÓN: - Un motor térmico CARNOT consta de un cilindro que tiene paredes no conductoras y base conductora. Está provisto de un pistón que no produce fricción ni es conductor. Un cilindro contiene un gas ideal como sustancia de trabajo. Este motor puede tener dos cuerpos a diferentes temperaturas no como fuente de calor y como disipador de calor.

PRINCIPIO: - Se basa en un proceso cíclico. El motor SA-ADI CARNOT toma asiento de fuentes de calor y convierte una parte de este calor en trabajo y entrega el calor restante en disipador de calor.

Sadi Carnot en 1840 propuso un motor térmico ideal que está libre de fricción y tiene pérdidas de calor. Lo describió utilizando solo procesos isotérmicos y adiabáticos. Demostró que su eficiencia sería máxima cuando el motor térmico funciona en un ciclo reversible entre dos depósitos de calor a diferentes temperaturas, pero su eficiencia no puede ser del 100%. La eficiencia del motor real es menor que la del motor Carnot.

El motor Carnot funciona según el mismo principio que el de los motores térmicos cíclicos. Todos los motores térmicos cíclicos absorben cierta cantidad de calor de la fuente, convierten una parte de la energía térmica en trabajo y rechazan la parte restante del calor al disipador.

El motor Carnot consta de un cilindro con paredes no conductoras y una base conductora. El gas ideal está encerrado en el cilindro por medio de un pistón no conductor y sin fricción. Dos depósitos de calor a temperaturas fijas T1 y T2 sirven como fuente y sumidero.
El motor de Carnot funciona en un ciclo. Este ciclo se conoce como ciclo de carnot. Considere un motor que opera entre una fuente a la temperatura T1 y un sumidero a la temperatura T2. Sean Q1 y Q2 la cantidad de calor absorbida y rechazada hacia la fuente y el sumidero, respectivamente.

El motor Carnot se coloca en un depósito caliente (fuente) a temperatura T1 y se permite que el gas se expanda levantando el pistón. El cilindro se coloca sobre un aislante y se permite que el gas se expanda más adiabáticamente. El gas se enfría desde la temperatura T1 a T2.
Luego, el motor se coloca en un depósito frío (sumidero) a la temperatura T2 y el gas se comprime lentamente. Durante la compresión, la temperatura del gas aumenta pero el calor Q2 es rechazado por el gas al sumidero, lo que hace que la temperatura sea constante en T2. El motor se vuelve a colocar sobre un aislante y el gas se comprime más adiabáticamente. Durante esta compresión, el gas se calienta de T2 a T1 para que el gas vuelva a su estado original en T1. A medida que el sistema ha recuperado su estado inicial, estos cuatro pasos completan un ciclo de carnot.