💪TERMODINÁMICA. CICLO de CARNOT [👉ENTRA y APRENDE TODO HOY MISMO acerca de este IMPORTANTE CICLO👍]
Summary
TLDREl script detalla el estudio de los ciclos termodinámicos, en especial el ciclo de Carnot, una máquina térmica eficiente que genera trabajo a partir del calor. Se describen los cuatro procesos clave: expansión isotérmica reversible, expansión adiabática reversible, compresión isotérmica reversible y compresión adiabática reversible. Se ilustra cómo estos procesos se representan en diagramas de presión-volumen y temperatura-entropía, y se explica la relación entre el trabajo neto, el calor neto y la eficiencia térmica. Además, se discute cómo aplicar el ciclo de Carnot a sistemas cerrados y abiertos, y se enfatiza la importancia de entender estos conceptos para analizar ciclos de potencia y refrigeración en ingeniería.
Takeaways
- 🔥 El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico que produce trabajo neto tomando calor de una fuente caliente y cediéndolo a una fuente fría.
- 💡 Una máquina térmica toma calor de una fuente caliente para producir trabajo neto y luego libera calor a una fuente fría.
- 🔄 El ciclo de Carnot consiste en cuatro procesos: dos de expansión y dos de compresión.
- 🌡️ La expansión isotérmica reversible se realiza a temperatura constante, sin fricción, y permite la entrada de calor al sistema.
- ⚙️ La expansión adiabática reversible se lleva a cabo sin intercambio de calor con los alrededores, y es un proceso ideal donde la entropía permanece constante.
- 🔄 La compresión isotérmica reversible se realiza a temperatura constante y permite la salida de calor del sistema.
- 📉 La compresión adiabática reversible se lleva a cabo sin intercambio de calor y es un proceso ideal donde la entropía permanece constante.
- 📊 En un diagrama presión-volumen, el área encerrada por el ciclo de Carnot representa el trabajo neto del ciclo.
- 🌀 La eficiencia térmica del ciclo de Carnot se calcula como el trabajo neto dividido por el calor que entra al ciclo.
- 📈 La eficiencia térmica real siempre es menor o igual a la eficiencia térmica ideal del ciclo de Carnot, siendo imposible que sea mayor.
Q & A
¿Qué es el ciclo de Carnot?
-El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico que produce trabajo neto al tomar calor de una fuente caliente y ceder calor a una fuente fría.
¿Cuáles son los cuatro procesos que componen el ciclo de Carnot?
-El ciclo de Carnot está compuesto por cuatro procesos: dos procesos de expansión (una expansión isotérmica reversible y una expansión adiabática reversible) y dos procesos de compresión (una compresión isotérmica reversible y una compresión adiabática reversible).
¿Qué significa que un proceso sea isotérmico?
-Un proceso isotérmico es aquel que ocurre a temperatura constante.
¿Qué implica que un proceso sea adiabático?
-Un proceso adiabático es aquel en el que no hay intercambio de calor con los alrededores.
¿Cuál es la propiedad constante en un proceso isotérmico?
-En un proceso isotérmico, la propiedad constante es la temperatura.
¿Qué es un proceso isentrópico?
-Un proceso isentrópico es un proceso adiabático reversible donde la entropía permanece constante.
¿Cómo se representa el ciclo de Carnot en un diagrama de presión-volumen?
-En un diagrama de presión-volumen, el ciclo de Carnot se representa con dos expansiones y dos compresiones, cada una con sus respectivas curvas isotérmicas y adiabáticas.
¿Qué representa el área encerrada en un diagrama de presión-volumen para el ciclo de Carnot?
-El área encerrada en un diagrama de presión-volumen representa el trabajo neto desarrollado por el ciclo.
¿Cómo se calcula la eficiencia térmica de un ciclo de potencia?
-La eficiencia térmica se define como el trabajo neto dividido entre el calor que entra al ciclo. También se puede calcular como 1 menos el cociente del calor que sale dividido entre el calor que entra.
¿Qué relación existe entre el calor neto y el trabajo neto en un ciclo termodinámico?
-En un ciclo termodinámico, el calor neto es igual al trabajo neto, lo que implica que el área encerrada en un diagrama temperatura-entropía representa el trabajo neto desarrollado por el ciclo.
Outlines
📚 Introducción a los ciclos termodinámicos de Carnot
El primer párrafo presenta una lección sobre los ciclos termodinámicos especiales, centrando la atención en el ciclo de Carnot. Se describe que el ciclo de Carnot es un proceso que genera trabajo neto a partir del calor absorbido de una fuente caliente y el calor rechazado a una fuente fría. Se hace referencia a máquinas térmicas y cómo funcionan, incluyendo la entrada y salida de calor y trabajo. Además, se menciona que el ciclo de Carnot está compuesto por cuatro procesos: dos de expansión y dos de compresión, donde los procesos de expansión son isotérmicos y reversibles, y el trabajo es realizado por la máquina.
🔧 Procesos de expansión y compresión en el ciclo de Carnot
El segundo párrafo detalla los procesos que componen el ciclo de Carnot. Se explica que el primer proceso es una expansión isotérmica reversible, donde el volumen aumenta y el calor entra en el sistema. El segundo proceso es una expansión adiabática reversible, manteniendo la entropía constante y sin intercambio de calor con el entorno. Estos dos procesos de expansión son responsables de realizar trabajo positivo sobre el entorno. El tercer proceso es una compresión isotérmica reversible, donde se transfiere calor fuera del sistema, y el cuarto proceso es una compresión adiabática reversible, que también mantiene la entropía constante y no involucra intercambio de calor con el entorno. Estos procesos de compresión consumen trabajo en el sistema.
📈 Representación gráfica del ciclo de Carnot
El tercer párrafo se enfoca en la representación gráfica del ciclo de Carnot, tanto en un diagrama de presión-volumen como en un diagrama de temperatura-entropía. Se describe cómo se dibujan los procesos isotérmicos y adiabáticos en ambos diagramas, y se destaca la importancia de los procesos isotérmicos en términos de intercambio de calor con el entorno. Se menciona que el área bajo las curvas en el diagrama de presión-volumen representa el trabajo realizado, mientras que en el diagrama de temperatura-entropía, las áreas representan el calor transferido.
🔄 Análisis de la relación entre trabajo y calor en el ciclo de Carnot
El cuarto párrafo explora la relación entre el trabajo y el calor en el ciclo de Carnot. Se analiza cómo el área encerrada en un diagrama de presión-volumen representa el trabajo neto del ciclo, y cómo el área en un diagrama de temperatura-entropía representa el calor neto. Se concluye que el trabajo neto es igual al trabajo realizado por el ciclo menos el trabajo consumido, y que el calor neto es igual al calor entrante menos el calor saliente. Además, se establece que en un ciclo termodinámico, la variación de energía interna es nula, lo que implica que el calor neto es igual al trabajo neto.
🛠 Aplicación del primer principio de la termodinámica
En el quinto párrafo, se aplica el primer principio de la termodinámica, la conservación de la energía, al ciclo de Carnot. Se discute que para un ciclo cerrado o abierto, el calor neto es igual a la variación de entalpía más el trabajo neto. Dado que la variación de entalpía en un ciclo es cero, se deduce que el calor neto es igual al trabajo neto. Esto se utiliza para entender la eficiencia de los ciclos termodinámicos y se destaca la importancia de la eficiencia térmica en los ciclos de potencia y de refrigeración.
👨🔧 Eficiencia térmica y su cálculo
El sexto párrafo se centra en la eficiencia térmica del ciclo de Carnot y cómo calcularla. Se define la eficiencia térmica como el trabajo neto dividido por el calor entrante. Se presentan dos fórmulas para calcular la eficiencia térmica: una basada en el trabajo neto y calor entrante y saliente, y otra que utiliza la diferencia entre las temperaturas de la fuente caliente y fría. Se enfatiza que la eficiencia térmica de Carnot es la más alta posible y que cualquier ciclo real será menos eficiente.
🔄 Aplicación del ciclo de Carnot a sistemas cerrados y abiertos
El séptimo párrafo describe cómo aplicar el ciclo de Carnot a sistemas cerrados, como un cilindro y un pistón, y a sistemas abiertos con flujo estacionario. Se explica que en un sistema cerrado, se debe aportar calor para mantener el proceso isotérmico durante la expansión, y en un sistema abierto, se utilizan turbinas y compresores para lograr los procesos de expansión e isotérmica y adiabática. Se resalta la importancia de entender estos procesos para analizar ciclos de potencia y refrigeración en diferentes sistemas.
🔧 Ejemplos de aplicación del ciclo de Carnot en diferentes sistemas
El octavo y último párrafo ofrece una visión de cómo se aplicará el ciclo de Carnot en próximos videos, abordando sistemas cerrados con vapor de agua y gas ideal, así como sistemas abiertos con vapor de agua y aire. Se mencionan los ejercicios clave que se resolverán y se anima a los espectadores a suscribirse y compartir el contenido si les resultó útil, con el objetivo de apoyar el crecimiento del canal y ayudar a otros a aprender sobre el tema.
Mindmap
Keywords
💡Ciclo de Carnot
💡Máquina térmica
💡Trabajo neto
💡Calor neto
💡Proceso isotérmico
💡Proceso adiabático
💡Entropía
💡Eficiencia térmica
💡Diagrama presión-volumen
💡Diagrama temperatura-entropía
Highlights
El ciclo de Carnot es un ciclo termodinámico que produce trabajo neto.
Consiste en cuatro procesos: dos de expansión y dos de compresión.
El primer proceso es una expansión isotérmica reversible.
El segundo proceso es una expansión adiabática reversible.
El tercer proceso es una compresión isotérmica reversible.
El cuarto proceso es una compresión adiabática reversible.
En los procesos de expansión, el sistema realiza trabajo positivo sobre los alrededores.
El trabajo neto es igual al trabajo que sale menos el trabajo que entra a la máquina térmica.
El ciclo de Carnot se representa en un diagrama presión-volumen y en un diagrama temperatura-entropía.
El área encerrada por los procesos de expansión en el diagrama presión-volumen representa el trabajo.
El área encerrada por los procesos de compresión en el diagrama presión-volumen representa el trabajo negativo.
El calor neto en un ciclo es igual al trabajo neto, según la primera ley de la termodinámica.
La eficiencia térmica se define como el trabajo neto dividido por el calor que entra al ciclo.
La eficiencia térmica de Carnot es la más alta posible y solo se alcanza en un ciclo ideal.
La eficiencia térmica real siempre es menor que la eficiencia térmica de Carnot.
El ciclo de Carnot se puede aplicar tanto a sistemas cerrados como a sistemas abiertos.
El ciclo de Carnot es fundamental para entender otros ciclos termodinámicos como los ciclos Rankine, Brayton, Otto y Diesel.
Transcripts
[Música]
por qué
[Música]
y
bienvenidos a la mejor asesoría
educativa en esta oportunidad
comenzaremos el estudio de los ciclos
termodinámicos especiales en particular
trabajaremos con el ciclo de carenote
pero que es el ciclo de carenote el
ciclo de kanouté es un ciclo
termodinámico que produce el trabajo
neto sobre de exterior al tomar calor de
una fuente caliente y luego cede el
calor a una fuente fría ya en vídeos
anteriores hemos visto cómo funciona una
máquina térmica te has perdido de
nuestros vídeos donde desarrollamos el
tema de máquinas térmicas no te
preocupes acá en la mejor asesoría
educativa siempre te dejamos toda la
mano entra acá en la esquina superior
derecha de la pantalla y domina por
completo el tema de las máquinas
térmicas muy bien continuemos ya sabemos
que una máquina térmica representada acá
en el centro de la pantalla toma calor
de una fuente que se encuentra a una
temperatura alta es recibir de una
fuente caliente y toma este calor para
producir un cierto trabajo neto el cual
vamos a denotar como w súbeme y por
supuesto después de producir dicho
trabajo cierto calor sale del sistema
hacia una fuente fría que por supuesto
se encuentra a una temperatura menor de
sube temperatura baja con respecto a la
temperatura de la fuente caliente que se
encuentra a una temperatura alta ahora
bien el trabajo neto siempre será igual
al trabajo que sale menos el trabajo que
entra a la máquina térmica por ejemplo
observa acá en el centro un pequeño
bosquejo de un ciclo ránking cuál es el
trabajo que sale de esta máquina térmica
o de este ciclo ránking el trabajo que
sale es el generado por la turbina por
este elemento por la turbina y cuál es
el trabajo que entra a esta máquina
térmica bueno para que la máquina
térmica funcione debe entrar cierto
trabajo que en este caso es el trabajo
que se le entrega la bomba a la bomba de
agua se entrega cierto trabajo por lo
tanto para un ciclo ránking el trabajo
neto será igual a el trabajo que sale
que es el trabajo generado por la
turbina menos el trabajo que entra que
es el trabajo consumido por la bomba
genial así con este ejemplo se comprende
esta fórmula general el trabajo en esto
siempre es igual al trabajo
- el trabajo que entra ahora bien una
máquina térmica puede seguir un ciclo de
carne y este ciclo de carne siempre pero
siempre está compuesto por los
siguientes cuatro procesos el ciclo de
caldo lo componen cuatro procesos dos
procesos de expansión y dos procesos de
compresión entre los procesos de
expansión se tienen los siguientes una
expansión isotérmica reversible que
significa isotérmica a temperatura
constante y que significa reversible que
no existe fricción en la máquina es
decir es totalmente ideal y justamente
en este proceso de expansión es donde
entra cierto calor este calor que se
observa acá el calor que entra a la
máquina térmica el siguiente proceso
también es una expansión y siempre es
una expansión a diabética reversible que
significa a diabética que no existe
intercambio de calor con los alrededores
y que significa el reversible que es
ideal es decir no existe fricción o lo
que es lo mismo no existen
irreversibilidad es pero ya sabemos que
un proceso que cumple con estos dos
requisitos
a diabético irreversible se le llama y
su en trópico es decir que la entropía
es constante te has perdido de la clase
donde definimos la entropía es bueno que
las re pases por eso acá en la esquina
superior derecha de la pantalla te
sugiero este vídeo para que domines hoy
mismo el verdadero significado de la
entropía en resumen en el primer proceso
la propiedad que permanece constante es
la temperatura por eso es que hizo
térmico y en el segundo proceso la
propiedad que permanece constante es la
entropía porque porque el proceso es a
diabético y también es reversible
ahora bien justamente en estos dos
procesos de expansión es cuando el
sistema realiza trabajo sobre los
alrededores es decir un trabajo positivo
y ya sabemos que cuando el trabajo es
positivo sale del sistema este trabajo
es que este que se visualiza acá el
trabajo que sale del sistema repito ya
que es muy importante el trabajo que
sale del sistema proviene justamente de
estos dos procesos de expansión muy bien
continuemos y finalmente para cerrar el
ciclo de carnota se dan dos procesos de
compresión
una compresión isotérmica reversible ya
sabemos que eso térmico significa
temperatura constante y justamente en
este proceso es donde sales cierto calor
y este calor que visualiza saca el calor
que sale de la máquina térmica y también
se da un proceso de compresión pero ojo
a diabética y también reversible ya
sabemos que un proceso que cumple estos
dos requisitos a diabéticos reversible
también se le denomina hizo en trópico
es decir a entropía constante y por
supuesto justamente en estos últimos dos
procesos de compresión es donde se
genera el trabajo que consume el sistema
el trabajo que entra al sistema pero por
supuesto ya sabemos que el trabajo que
entra un sistema siempre es negativo es
por ello que se representa a casi este
trabajo negativo menos el trabajo que
entra es justamente el generado por
estos dos procesos de compresión genial
para comprender a cabalidad el ciclo de
carnota vamos a ver un poco más de cerca
el significado de estos cuatro procesos
observa en la parte superior de la
pantalla se encuentran los cuatro
procesos ya descritos
de carnota vamos a proceder a
representar tanto en un diagrama presión
volumen como en un diagrama temperatura
entropía sabiendo que esta máquina de
carnota siempre trabaja entre dos
temperaturas una temperatura alta
proveniente de la fuente caliente la
cual vamos a denotar como t sua y una
temperatura baja la temperatura de la
fuente fría la cual vamos a denotar como
te sube observa como queda representado
el ciclo de carnota vamos a aplicar
proceso a proceso el proceso de 1 a 2 en
el primer proceso del ciclo de carne que
es una expansión isotérmica reversible
que significa isotérmica que este
proceso se debe dibujar sobre una
isoterma en este caso sobre el isoterma
de la temperatura alta y porque se
dibuja hacia la derecha porque es un
proceso de expansión
el volumen aumenta el volumen inicial es
este volumen 1 y el volumen final es
este el volumen 2 obsérvese cómo este
volumen 2 es mayor que el volumen 1
luego se sucede una expansión a
diabética reversible ya sabemos que una
curva a diabética es aquella que une 2
isotermas en este caso la isoterma de la
temperatura alta
con la isoterma de la temperatura baja
obsérvese acá esta línea marrón que
representa la expansión a diabética por
supuesto también a la derecha porque el
volumen aumenta y recuérdese que como
justamente este proceso además de ser
diabético es reversible entonces es hizo
en trópico es decir la entropía
permanece constante es por ello que
podemos escribir que la propiedad de la
entropía permanece constante la entropía
en el estado 2 es exactamente igual a la
entropía en el estado 3
posteriormente se sucede un proceso de
compresión isotérmica que en este caso
está representado por esta línea azul es
isotérmica porque la curva se encuentra
dibujada sobre la isoterma de la
temperatura baja obsérvese acá y como
justamente de compresión se dibuja a la
izquierda porque en una compresión el
volumen disminuye y finalmente para
cerrar el ciclo se tiene un proceso de
compresión a diabética ya sabemos que
una curva diabética es la que une dos
isotermas justamente por esa razón el
proceso de compresión a diabética se
encuentra representado por esta línea
amarilla que va desde el punto 4 hasta
el punto 1 cerrando el ciclo
es muy importante destacar que en los
procesos isotérmicos en la expansión
isotérmica y en la compresión isotérmica
se sucede un intercambio de calor con
los alrededores observa en la expansión
isotérmica el primer proceso entra calor
al sistema obsérvese acá tal como ya lo
vimos en el esquema de la máquina
térmica y en el otro proceso hizo
térmico que en el proceso de compresión
hizo térmica representado en el proceso
34 sale el calor del sistema que por
supuesto también fue representado en la
máquina térmica genial ahora pasemos a
representar el ciclo de carnota en un
gráfico temperatura entropía observa
cómo queda la representación del ciclo
de carnota en un diagrama temperatura
entropía vamos a examinar proceso a
proceso en el primer proceso de
expansión isotérmica sabemos que es el
que se encuentra representado por esta
curva roja acá sobre la isoterma de la
temperatura alta y justamente como es
sobre el externa de la temperatura alta
se coloca cada dicha temperatura y se
dibuja una línea horizontal porque este
proceso queda horizontal en un diagrama
temperatura entropía porque
temperatura permanece constante la
temperatura en 1 es igual a la
temperatura en 2 ya que el proceso de
una 2 se trata de una expansión
isotérmica y porque este proceso de una
12 dibuja a la derecha porque porque
está entrando calor y ya sabemos que
cuando un sistema entra calor la
entropía aumenta siempre recuerda lo que
es una propiedad de la entropía cuando
aportas calor a un sistema la entropía
aumenta es decir cuando se caliente el
sistema en cambio cuando el sistema se
enfría es decir cuando se extrae calor
del sistema la entropía disminuye es por
eso que veremos que en el proceso de
compresión isotérmica este que está acá
debajo como el calor está saliendo del
sistema la entropía disminuye por tal
razón se dibuja a la izquierda después
del proceso de expansión isotérmica
ocurre un proceso de expansión a
diabética reversible y cómo esa
diabética irreversible la entropía
permanece constante es decir la entropía
del estado 2 es igual a la entropía del
estado 3 tal como se visualiza acá
obsérvese acá por tal razón se dibuja
línea recta vertical totalmente vertical
porque la entropía permanece constante
también este hecho lo puedes visualizar
en un diagrama presión volumen acá
observa la entropía en el estado 2 es
igual a la entropía en el estado 3
porque justamente se trata de un proceso
hizo en trópico perfecto continuemos el
siguiente proceso es una compresión
isotérmica y como hizo térmica se dibuja
una línea horizontal a la altura de la
temperatura baja de la temperatura más
fría y ya sabemos que se mueve a la
izquierda porque sale el calor del
sistema y finalmente el ciclo se cierra
con una compresión y su entrópica
representado por esta línea amarilla
vertical ahora con mucha atención a lo
que te voy a explicar porque esta línea
vertical en el proceso de 4 a 1 se
dibuja hacia arriba porque porque se
trata de una compresión y ya sabemos que
cuando se comprime una sustancia ésta
aumenta la temperatura en cambio en esta
otra línea vertical esta que está acá en
el proceso de 2 a 3
dibujo hacia abajo sabes por qué porque
se trata de una expansión el proceso de
2 a 3 es una expansión a diabética y ya
sabemos que cuando una sustancia es
sometida a una expansión la temperatura
tiende a disminuir es por ello que se
dibuja hacia abajo esto es muy
importante de comprender en resumen el
proceso de 12 se dibuja a la derecha
porque está entrando calor y cuando
entra calor la entropía aumenta el
proceso de 2 a 3 se dibuja en forma
vertical porque la entropía permanece
constante y se dibuja hacia abajo porque
se trata de una expansión y en las
expansiones la temperatura tiende a
disminuir el proceso de 3 a 4 es una
compresión isotérmica es por ello que se
dibuja horizontalmente y se dibuja a la
izquierda porque está saliendo calor del
sistema y cuando sale calor la entropía
disminuye finalmente el proceso que
cierra el ciclo se representa por una
línea vertical ya que es una compresión
y su entrópica y se dibuja hacia arriba
porque cuando una sustancia y sometida a
compresión su temperatura tiende a
aumentar
excelente ahora veamos algunos detalles
muy pero muy importantes de estos dos
diagramas fija tu atención en esta área
morada encerrada por los primeros dos
procesos los procesos de expansión esta
área en un diagrama presión volumen ya
sabemos que representa el trabajo y como
justamente se trata de un proceso de
expansión es el trabajo que sale del
sistema este que está acá el trabajo que
sale del sistema está representado por
el área bajo las curvas de estas dos
expansiones de la expansión isotérmica y
de la expansión hizo entrópica y siempre
recuerda lo siguiente cuando el proceso
se mueve a la derecha como es el proceso
de 12 y el proceso de 2 a 3 que se
mueven a la derecha
el trabajo es positivo siempre recuerda
lo sé que ya lo hemos dicho en los
vídeos introductorios de termodinámica
básica pero nunca está de más recordarlo
ahora fija tu atención acá en el
diagrama temperatura entropía el área
debajo del proceso de 12 esta área que
se encuentra destacado en rojo sabes que
representa en un diagrama temperatura
entropía el área representa el calor en
él
en este caso es el calor que entra al
sistema el calor que se suministra al
sistema este calor viene representado
justamente por esta área esta área que
se encuentra destacado en rojo muy bien
continuemos ahora fija tu atención en
esta área de esta cadena azul esta área
encerrada por los dos procesos de
compresión observa los acá el proceso de
3 a 4 y el proceso de 4 a 1 que
representa esta área en un diagrama
presión volumen representa trabajo y ojo
como estos procesos se mueven a la
izquierda se trata de un trabajo
negativo y es por esa la razón que esa
área representa el trabajo que entra el
sistema el trabajo que es consumido por
la máquina para que ésta funcione como
por ejemplo una bomba o un compresor que
consumen trabajo y por supuesto ese
trabajo es negativo porque está entrando
al sistema siempre recuerda la
convención de signo cuando el trabajo
sale del sistema es positivo pero cuando
el trabajo entra el sistema es negativo
ahora fija tu atención en el área
encerrada en el diagrama temperatura
entropía ya sabemos que la harían
cerrada
curva en este diagrama temperatura
entropía representa el calor pero que el
calor representa esta área azul clara
representa justamente el calor que sale
del sistema
y vamos a recordar la convención de
signos cuando el calor sale del sistema
es negativo correcto y sabemos que es
negativo porque el proceso de 3 a 4 se
mueve a la izquierda por supuesto en
cambio el calor que entra es positivo
porque el proceso de 12 se mueve a la
derecha miralo acá se está moviendo a la
derecha en resumen en un diagrama de
temperatura entropía cuando los procesos
se muevan a la derecha el área encerrada
bajo este proceso representa un calor
positivo pero cuando el proceso se mueva
a la izquierda el área encerrada debajo
de ese proceso representa un calor
negativo genial
ahora bien porque hemos analizado estas
dos áreas observemos el porqué fijado
atención primero en el diagrama presión
volumen si al área morada toda esta área
morada le restamos el área azul que nos
queda vamos a repetir la figura ya que
es muy importante que comprenda esto si
al área morada observa el área morada le
restamos el área azul y esta área azul
que queda correcto queda exactamente el
área de
del ciclo y como este es un diagrama
presión volumen ya sabemos que el área
dentro del ciclo representa el trabajo
neto observa lo acá el trabajo neto
aportado por el ciclo en conclusión el
trabajo neto aportado por el ciclo es
igual al trabajo que sale del ciclo
menos el trabajo que entra del ciclo ya
esto lo visualizamos muy claramente
restamos el área morada menos el área
azul y efectivamente se obtuvo el área
encerrada por el ciclo que repito
representa el trabajo neto ahora
realizamos un análisis semejante al
diagrama temperatura entropía observa
acá tenemos el diagrama temperatura
entropía esta área roja representa el
calor que entra el sistema esta área es
positiva porque el proceso de 12 se
mueve a la derecha si a esta área roja
le restamos esta área azul qué área se
obtiene correcto efectivamente se
obtiene la área encerrada por el ciclo
pero como en un diagrama temperatura
entropía las áreas representan calor
entonces el área encerrada por el ciclo
representa
neto del ciclo por lo tanto podemos
escribir que el calor neto del ciclo de
carnota será igual al calor que entra al
ciclo de carnota menos el calor que sale
del ciclo de carnota y esto se visualizó
muy claramente cuando a la área roja le
restamos el área azul efectivamente se
obtiene el área encerrada por el ciclo
que representa el calor neto ahora
requiero que pongas especial atención en
la relación que existe entre el área
encerrada en un diagrama presión volumen
que por supuesto es el trabajo neto y el
área encerrada en un diagrama
temperatura entropía que por supuesto en
el calor neto es muy importante que
comprendas la relación que existe entre
estas dos energías netas el trabajo neto
y el calor neto observa en la parte
izquierda de la pantalla se han dejado
todos los procesos del ciclo de carlos
que por supuesto ojo ya sabemos que
todos los procesos del ciclo de carl no
son
invencibles correcto y en la parte
central derecha de la pantalla se
visualizan los gráficos ya explicados de
presión volumen y temperatura entropía
para el ciclo de carne ahora bien qué
relación existente el trabajo neto y el
calor neto veamos
si aplicamos la primera ley de la
termodinámica a todo el ciclo de carnot
pero ojo de un sistema cerrado ocurriría
algo especial que nos dice la primera
ley aplicada a un ciclo nos dice lo
siguiente que el calor neto encerrado
por el ciclo o generado por el ciclo es
exactamente igual a la variación de
energía interna del ciclo más el trabajo
neto generado por el ciclo pero ojo ojo
la variación de energía interna en un
ciclo siempre es igual a cero siempre
porque porque la energía interna es una
función de estado sólo depende del
estado y como en un ciclo el punto
inicial que es el punto uno siempre
coincide con el punto final porque por
supuesto se trata de un ciclo
es interna es cero recuerda que esta
variación de energía interna se calcula
así como la energía interna final menos
la energía interna inicial pero claro en
un ciclo la energía interna final es
igual a la energía interna inicial
porque simplemente el punto inicial que
en este caso es 1 coincide con el punto
final que también es uno por ser un
ciclo y justamente esta es la razón por
la cual la variación de energía interna
en un ciclo siempre es nulo siempre es
igual a cero ya que conclusión nos
conduce este análisis a una conclusión
de vital importancia observa que el
calor neto en un ciclo será igual al
trabajo neto en un ciclo conclusión muy
pero muy importante
ahora bien ocurrirá lo mismo si
aplicamos la primera ley de la
termodinámica pero a un sistema abierto
es decir a un sistema cuyo flujo sea
estacionario como queda la primera ley
para un sistema abierto así el calor
neto encerrado por el ciclo es
exactamente igual a la variación de
al pia porque claro se trata de un ciclo
abierto más el trabajo neto desarrollado
por el ciclo abierto pero ojo acá ocurre
exactamente lo mismo
la entalpía al igual que la energía
interna es una función de estado por lo
tanto la variación de entalpía de un
ciclo siempre es igual a cero siempre
siempre es nulo lo cual nos conduce
exactamente a la misma conclusión que el
calor neto en un ciclo abierto es
exactamente igual al trabajo neto
desarrollado por dicho ciclo abierto y
así este análisis tanto para un ciclo
cerrado como para un ciclo abierto nos
permite concluir lo siguiente con mucha
pero mucha atención
como el calor neto es igual al trabajo
neto entonces de acá podemos borrar el
calor neto y escribir trabajo en esto y
así podemos realizar la siguiente muy
importante afirmación el área encerrada
por un ciclo termodinámico en este caso
por el ciclo de carne en un diagrama
temperatura entropía
presenta el trabajo neto desarrollado
por el ciclo y en este momento quizás te
preguntes pero porque nos hemos enfocado
en los trabajos netos por lo siguiente
recuerda que los ciclos termodinámicos
se dividen en dos tal como ya se explicó
en detalle en el vídeo inmediato
anterior te lo has perdido no te
preocupes
acá en la mejor asesoría educativa
siempre te dejamos toda la mano entra
acá en la esquina superior derecha de la
pantalla y dominó y mismo todos los
elementos básicos y fundamentales de
todos los ciclos ojo de todos los ciclos
que estudiaremos en termodinámica el
ciclo ranking el ciclo brayton ciclo de
otto dix tel y de refrigeración genial
en este vídeo se explicó que los ciclos
termodinámicos se dividen básicamente en
ciclos de potencia y en ciclos de
refrigeración en los ciclos de potencia
vamos a estar interesados en la potencia
que aportan los ciclos como por ejemplo
la potencia neta que desarrolla un ciclo
de ranking o un ciclo de brighton de
otto o de diesel en cambio en los ciclos
de refrigeración estaremos muy atentos
al calor neto porque claro los ciclos de
refrigeración se diseñan para extraer
calor de cierto espacio pero como vamos
a comenzar a trabajar con los ciclos de
potencia es que estamos haciendo
hincapié en el trabajo en esto por tal
razón el área encerrada en el ciclo de
presión volumen y temperatura entropía
hemos destacado el trabajo neto no nos
interesa en este momento el calor neto y
otro aspecto fundamental antes de
continuar es el siguiente en los ciclos
de potencia ojo en los ciclos de
potencia siempre en todos estos ciclos
el recorrido del ciclo es en sentido
horario siempre y justamente esa es la
razón por la cual el trabajo neto
siempre será positivo en cambio cuando
veamos los ciclos de refrigeración
veremos que éstos siempre se recorren en
sentido antihorario siempre y justamente
esta es la razón por la cual el trabajo
neto consumido en los ciclos de
refrigeración es negativo es decir
debemos aportar cierto trabajo a los
ciclos de refrigeración
para que claro puedan extraer calor de
cierto espacio pero no te preocupes que
los ciclos de refrigeración los veremos
también con mucho detalle después de
analizar los ciclos de potencia que es
lo que nos compete en este momento
excelente continuemos una gran ventaja
de saber que el área encerrada en un
diagrama temperatura entropía representa
el trabajo neto saben cuáles es la
siguiente con mucha atención cual área
crees que es más fácil de calcular el
área encerrada por esta figura irregular
como especie de un rombo curvilíneo o el
área encerrada por un simple rectángulo
sabemos que el área de un rectángulo es
simplemente base por altura cuál de las
dos áreas es más fácil de obtener muy
bien excelente evidentemente el área de
un rectángulo es mucho más fácil de
calcular que el área encerrada por
varias curvas donde quizás para obtener
esta área debamos recurrir al cálculo
integral de imagínate es mucho pero
mucho más sencillo simplemente aplicar
el área de un rectángulo cuál es el área
un rectángulo base por altura
calculó el área de este rectángulo y ya
yo sé que el área de este rectángulo me
arrojará el trabajo neto desarrollado
por el ciclo ahorrando un enorme
esfuerzo en tratar de calcular esta área
correcto genial otro aspecto fundamental
a considerar en el ciclo de carlos iii
es la eficiencia térmica de este ciclo
que por cierto la fórmula que a
continuación voy a explicar siempre se
aplicará en los diferentes ciclos de
potencia para calcular ojo la eficiencia
térmica la eficiencia térmica siempre se
define como el trabajo neto dividido
entre el calor que entra al ciclo entre
el calor que es aportado al ciclo es
decir este calor miralo acá mucho
cuidado siempre nos va a interesar el
trabajo neto dividido entre el calor que
entra el trabajo neto dividido entre el
calor que entra esto siempre
representará
eficiencia térmica del ciclo siempre y
por supuesto si aplicamos la primera ley
de la termodinámica a todo el ciclo de
carnota obtenemos lo siguiente que nos
dice la primera ley que la energía se
conserva todo lo que entra debe ser
exactamente igual a todo lo que sale
fíjate atención en el ciclo de carne que
energía entra a la máquina térmica del
ciclo de carne este el calor que entra
al ciclo de carnota y por supuesto este
debe ser igual a todo lo que sale que
sale sale trabajo neto y porque sabemos
que el trabajo en esto sale porque el
trabajo neto es positivo y cuando el
trabajo es positivo es porque sale del
sistema y que más sale del sistema
también sale observa que si de esta
sencilla relación despejamos el trabajo
neto que se obtiene se obtiene
simplemente el calor que entra y este
calor que saleh que se encuentra
positivo pasa a la izquierda negativo
menos el calor que sale y si procedemos
a sustituir este despeje acá en la
fórmula de la eficiencia térmica es
decir acá
observa lo que obtenemos el trabajo neto
es igual a q que entra menos q que sale
y por supuesto todo esto dividido entre
q que entra porque así se define la
eficiencia térmica
esto será igual a aplicando una sencilla
regla algebraica sabemos que esta
revista se puede escribir en forma de
fracción observa este q que entra vamos
a escribirlo acá y que entra dividido
entre el denominador por supuesto el
denominador es q que entra menos el q
que sale dividido entre el mismo
denominador por supuesto el q que entra
vamos a abrir un poco más de espacio acá
y que puedes visualizar acá que la
eficiencia térmica también se puede
calcular de la siguiente manera si
dividimos q que en 30 cv que entra son
dos valores idénticos que se obtiene
claro q que entrante q que entra es
igual a 1 cuando se divide en dos
valores iguales el resultado de uno ya
esto lo sabemos menos el calor que sale
dividido entre el calor que entra por lo
tanto para calcular la eficiencia
térmica
con dos fórmulas vamos a agrupar dichas
fórmulas acá se visualiza la primera
fórmula es ésta el trabajo neto entre el
calor de entrada que será la más usual
de utilizar cuando estemos analizando
los ciclos de potencia ciclos rankings
ciclo brayton etcétera pero ya sabes que
también podemos utilizar esta fórmula
1 - el calor que sale entre el calor que
entra recuerda que el calor que entra
proviene de la fuente caliente y el
calor que sale es el que va a la fuente
fría y estas dos fórmulas se pueden
aplicar a procesos con mucha atención
por favor a procesos tanto reversibles
es decir procesos ideales como procesos
irreversibles y esto es muy importante
saberlo ya que cuando estemos analizando
por ejemplo el ciclo 'ranking' o el
ciclo de brighton real es porque
existirán irreversibilidad es y cuando
se solicite calcular la eficiencia de
dicho ciclo ya sabemos que podemos
utilizar o bien esta fórmula o bien esta
otra fórmula ambas son válidas y por tal
razón vamos a denotar esta eficiencia
térmica acá así eficiencia térmica coma
real para ciclos reales en cambio la
eficiencia térmica para un ciclo ideal
es la que conoceremos como la eficiencia
térmica de carne ya que la máquina de
cartón es la máquina más eficiente
posible y esta eficiencia térmica
también se puede calcular con la fórmula
ya mencionada trabajo neto dividido
entre el calor que entra perfectamente
se puede calcular así pero ojo también
se puede calcular así como 1 - la
temperatura de la fuente fría que es la
temperatura baja que hemos denotado como
te sube dividida entre la temperatura de
la fuente alta de la fuente caliente y
ojo esta fórmula está que está acá
1 - la temperatura fría sobre la
temperatura caliente nos permite
calcular única y exclusivamente
eficiencia térmica ideal o lo que es lo
mismo la eficiencia térmica de carnota
únicamente éstas eficiencias se pueden
calcular con esta fórmula que viene en
función de las temperaturas de los
límites de temperatura de la temperatura
alta y de la temperatura baja en otras
palabras esta fórmula nunca se puede
aplicar a un ciclo que posea
irreversibilidad es es decir a un ciclo
real nunca mucho cuidado con ese detalle
vamos a abrir un poco más de espacio en
la pizarra para finalizar este breve
resumen sobre eficiencias observando la
siguiente información la eficiencia
térmica real al compararla con la
eficiencia térmica de carnota se tiene
siempre lo siguiente la eficiencia
térmica real siempre es menor ojo
siempre es menor que la eficiencia
térmica de carne o lo que es lo mismo la
eficiencia térmica ideal siempre es
menor sin embargo existen casos donde la
eficiencia térmica real es exactamente
igual al
ciencia térmica de carne y cuando esto
ocurra que la eficiencia térmica real
sea igual a la eficiencia térmica de
carne es porque se está trabajando con
una máquina totalmente ideal donde todos
los procesos son reversibles todos los
procesos son reversibles como por
ejemplo la máquina de carnota y quizás
te preguntes es posible que la
eficiencia térmica real sea mayor que la
eficiencia térmica ideal es decir que la
eficiencia térmica de carne esto es
posible no esto es totalmente imposible
si estás resolviendo un ejercicio y te
ocurre esto que la eficiencia térmica
real es mayor que la eficiencia térmica
de carnota debes detenerte y revisar
porque eso jamás ocurre eso es
totalmente imposible porque porque es
imposible porque ninguna máquina es más
eficiente que la máquina de carnot por
ello es que es imposible finalicemos el
vídeo visualizando cómo se aplica el
ciclo de carne
a un ciclo cerrado un ciclo abierto
porque porque cuando estemos analizando
algunos ciclos de potencia utilizaremos
sistemas cerrados como el cilindro
pistón ejemplo ciclo de otto y diesel y
ojo en ningún momento se está diciendo
que estos procesos los cumplen el ciclo
de voto y diste pero ya verás que
servirán como fundamento para comprender
estos ciclos y también estaremos
analizando ciclos abiertos como el de
rankings brighton y de refrigeración que
trabajan bajo flujo estacionario de allí
la importancia que sepas perfectamente
cómo aplicar el ciclo de can not a un
sistema cerrado y un sistema abierto
comencemos analizando un sistema cerrado
representado por un cilindro y un pistón
o émbolo destacado en morado y ojo lo
que a continuación voy a explicar es
perfectamente válido tanto para un vapor
como por ejemplo vapor de agua o para un
gas un gas ideal como por ejemplo el
aire muy bien comencemos a visualizar
cómo se aplica el ciclo de carnota a
este sistema cerrado iniciamos con el
proceso de 12 cuál es el proceso de 12
en el ciclo de carne miralo acá es un
proceso de expansión isotérmica es
y acá tenemos un proceso de expansión
isotérmica claro evidentemente en las
expansiones el volumen aumenta por eso
es que este volumen es mayor que este
volumen pero que tiende a ocurrir con
las temperaturas en un proceso de
expansión
la temperatura tiende a disminuir
siempre recuérdalo en un proceso de
expansión
la temperatura siempre tiende a
disminuir
es decir la sustancia tiende a enfriarse
pero ojo necesitamos que este proceso
sea isotérmico es decir a temperatura
constante por tal razón debemos conocer
con cual temperatura se inicia acá en el
estado 1 para mantener esta temperatura
observa el gráfico cuál es la
temperatura del estado 1 acá en el ciclo
de carne bueno la temperatura alta
correcto la temperatura de la fuente
caliente por tal razón la sustancia en
el estado 1 se encuentra a una
temperatura de swap a una temperatura
alta ahora bien como el proceso de 12 es
de expansión la temperatura tenderá a
disminuir
es decir tenderá a enfriarse pero ojo no
queremos que se enfríe queremos que
permanezca aún
temperatura constante y cómo logramos
esto simplemente aportando calor al
proceso de 12 por lo tanto al cilindro
representado acá en el estado 1 vamos a
agregarle calor vamos a aportar calor
para que cuando la sustancia tiende a
enfriarse durante el proceso de 12 no lo
haga y permanezca a la misma temperatura
te suba muy bien continuemos con el
siguiente proceso el proceso de 2 a 3 se
trata de un proceso de expansión hizo
entrópica que signifique eso entrópica
que a diabética pero cómo logramos que
el proceso de 2 a 3 sea diabético de la
siguiente manera acá en el cilindro del
estado 2 debemos colocar un aislamiento
para que no exista transferencia de
calor con los alrededores
es decir que el proceso sea a diabético
y por supuesto además también será
reversible porque no consideraremos la
fricción del émbolo pistón con el
cilindro vamos a agregar un aislamiento
observa acá se visualiza en naranja el
aislamiento ahora sí cuando se sucede el
proceso de expansión de forma ad
diabética que ocurrirá ya sabemos que
cuando una sustancia se expande la
temperatura tiende
y como justamente no se le está
aportando ningún calor al estado 2
entonces la temperatura disminuirá desde
una temperatura alta del estado 2 hasta
una temperatura baja en el estado 3 y
esta temperatura baja que se visualiza
acá acá en el diagrama presión volumen o
lo que es lo mismo esta temperatura que
se visualiza acá en el diagrama
temperatura entropía muy bien
continuemos el siguiente proceso se
trata de una compresión isotérmica se
requiere que el proceso de 3 a 4 sea de
una compresión isotérmica es decir que
la temperatura permanezca constante pero
qué sucede en las compresiones lo
contrario de las expansiones en la
expansión
la sustancia tiende a enfriarse es decir
a disminuir su temperatura pero en las
compresiones la sustancia tiende a
calentarse es decir a aumentar la
temperatura pero como hacemos que la
temperatura permanezca constante es
decir que no se caliente muy fácil a
medida que se está comprimiendo en el
proceso de 3 a 4 vamos a permitir la
salida de calor vamos a denotar lo como
q que sale de tal forma que cuando las
sustancias
libere calor y la temperatura permanezca
constante así en el estado 3 tendremos
una temperatura de sube y en el estado 4
también tendremos la misma temperatura
que sube y finalmente en el proceso de
41 en el último proceso se sucede una
compresión y su entrópica que significa
y su entrópica que a diabética y también
reversible por lo tanto debemos agregar
un aislamiento acá en el estado 4
observa así este aislamiento no
permitirá que salga calor del sistema de
tal forma que cuando se comprima la
sustancia en este proceso de 41 la
temperatura aumentará porque claro se
trata de una compresión pasando de una
temperatura baja a una temperatura alta
de swa exactamente la misma temperatura
de la cual partió de la del estado 1
cerrándose así el ciclo
vale destacar lo siguiente este calor
que está cantando en el estado 1 es el
calor que se dibuja acá en los diagramas
este calor y este calor el calor que
entra y el calor que sale acá en el
proceso de 3 a 4 es el calor que se
dibuja acá este calor que sale
ahora veamos cómo se aplica el ciclo de
carnota a un sistema abierto cuyo flujo
es estacionario en pantalla se visualiza
un sistema abierto de flujo estacionario
y ojo lo que a continuación explicaré es
válido independientemente de que el
flujo sea vapor como por ejemplo vapor
de agua o que se trate de un gas con gas
ideal como por ejemplo el aire veamos
cómo se aplica el ciclo de carnota en un
sistema abierto en el estado 1 obsérvese
acá en el estado 1 la sustancia se
encuentra a una temperatura sexual a una
temperatura alta ese estado 1 es cuando
el flujo se encuentra acá justamente en
esta tubería que une al compresor
amarillo este compresor amarillo con la
turbina roja ahora bien cuál es el
primer proceso de carne observe saca un
proceso de expansión isotérmica y en qué
equipo se sucede una expansión ya
sabemos que el equipo donde se genera
una expansión es justamente una turbina
correcto en una turbina pero ojo cuando
la sustancia se expande en una turbina
la temperatura tiende a disminuir como
ocurre en toda expansión pero se
requiere que el proceso desde 1 hasta 2
sea isotérmico es decir ocurra a
temperatura constante entonces qué
debemos hacer si nuestra sustancia
tiende a enfriarse bueno a aportar calor
acá a la primera turbina la cual vamos a
llamar turbina isotérmica porque es
donde justamente se da la expansión
isotérmica vamos a agregar calor y
porque vamos a agregar calor repito
porque en la expansión la temperatura
tiende a disminuir la sustancia tiende a
enfriarse por lo tanto debemos agregar
calor para que la temperatura permanezca
constante cual es el segundo proceso del
ciclo de camp nou
de nuevo una expansión pero esta vez una
expansión hizo entrópica correcto en qué
equipos se dan las expansiones en
turbinas por lo tanto después de la
primera turbina debemos agregar otra
turbina ya que el segundo proceso de
carnota es de nuevo una expansión
correcto pero ojo ahora esta segunda
turbina es hizo entrópica que
significase entrópica que es diabética
no existe transferencia de calor con los
alrededores y como justamente se da una
expansión
la sustancia tenderá a enfriarse
disminuyendo su temperatura desde una
temperatura alta
a la entrada hasta una temperatura baja
a la salida la salida es esta por
supuesto esta misma esta línea que va
por acá por la parte superior es la
salida de la turbina y su entrópica y
repito ya que es muy importante porque
la temperatura disminuye porque la
turbina esa diabética de tal forma que
cuando se sucede la expansión la
temperatura disminuye cuál es el
siguiente proceso en el ciclo de carne
obsérvese acá una compresión isotérmica
es decir a temperatura constante por lo
tanto cuando nuestra sustancia entre a
este compresor este destacado en azul
debemos realizar una compresión de forma
tal que cuando salga de este compresor
acá está es la salida del primer
compresor la temperatura permanezca
constante pero ya sabemos que en una
compresión la temperatura tiende a
aumentar
es decir la sustancia tiende a
calentarse y como hacemos para que la
temperatura permanezca constante
permitiendo que el compresor isotérmico
se libere calor para que cuando la
sustancia se caliente con esta salida de
calor permanezca a la misma temperatura
y se pueda lograr una compresión
isotérmica y finalmente cual es el
último proceso
de nuevo una compresión pero hizo
entrópica por lo tanto después del
primer compresor debemos agregar otro
compresor porque claro el último proceso
también es una compresión pero esta vez
en este compresor destacado en amarillo
la compresión es tal que es hizo
entrópica es decir este compresores a
diabético por lo tanto no puede salir
calor de este compresor así que cuando
la sustancia entra acá a esta
temperatura baja debido a la compresión
aumentará su temperatura hasta la
temperatura de suba hasta la temperatura
alta cerrando así el ciclo vale destacar
que este calor que entra acá en el
proceso de 12 en el que se dibuja acá
este calor que entra y el calor que sale
en el proceso de 3 a 4 es este calor que
sale que se dibuja acá en el diagrama
perfecto ahora en nuestros próximos
vídeos vamos a resolver cuatro
ejercicios claves del ciclo de carnota
un sistema cerrado que trabaja con vapor
de agua un sistema cerrado que trabaje
con un gas ideal como por ejemplo el
aire y luego vamos a desarrollar los
ejercicios más uno de un sistema abierto
que trabaje con vapor de agua y otro de
un sistema abierto que
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