APLICACIONES DEL CICLO DE CARNOT De la defnición orecida anteriormente, se pueden deducir varias aplicaciones nada complejas, y que pertenecen la vida diaria de cada uno de nosotros; varias de las cosas que consideramos mínimas e indispensables, son resultado de la aplicación práctica del ciclo de Carnot. Las más reconocidas son las máquinas trmicas, una peque!a parte de ellas, pues la mayoría por practicidad usa resistencias o quema de combustibles.
MAQUINA TERMICA "na máquina trmica es un conjunto de elementos mecánicos que permite intercambiar ener#ía, #eneralmente a travs de un eje, mediante la variación de ener#ía de un $uido que varía su densidad si#nifcativamente al atravesar la máqu máquin ina. a. %e trata trata de una máquina máquina de $uid $uido o en la que que varí varía a el volum volumen en específco del $uido en tal ma#nitud que los eectos mecánicos y los eectos trmicos son interdependientes.
&or el contrario, en una máquina 'idráulica, que es otro tipo de máquina de $uido, la variación de densidad es sufcientemente peque!a como para poder desacoplar el análisis de los eectos mecánicos y el análisis de los eectos trmicos, lle#ando a despreciar los eectos trmicos en #ran parte de los casos. (al (al es el caso de una bomba 'idráulica, a travs de la cual pasa líquido. )lejándose de lo que indica la etimolo#ía de la palabra *'idráulica+, tambin puede considerarse como máquina 'idráulica un ventilador, pues, aunque el aire es un $uido compresible, la variación de volumen específco no es muy si#nifcativa con el propósito de que no se desprenda la capa límite.
n una máquina trmica, la compresibilidad del $uido no es despreciable y es necesario considerar su in$uencia en la transormación de ener#ía.
n pocas palabras, el mismo principio e-plicado al inicio se puede aplicar a un disp dispos osit itiv ivo o que que tran trans sor orma ma calo calorr en trab trabaj ajo. o. "na máqu máquin ina a trm trmic ica a es un dispositivo que, operando de orma cíclica, toma de calor de un oco caliente, realia un cierto trabajo /parte del cual se emplea en 'acer uncionar la propia máquina0 y entre#a calor de desec'o a un oco río, normalmente el ambiente.
Máquina de vapor l ejemplo característico de máquina trmica es la máquina de vapor, que se emplea en la mayoría de las centrales elctricas /sean estas trmicas, termo1 solares o nucleares0.
n su esquema más simple, una máquina de vapor está ormada por cuatro elementos2
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"na bomba que mueve el líquido y mantiene el sistema en uncionamiento. Cuando el $uido es un #as, en lu#ar de una bomba 'ay un compresor. &ara poder uncionar, la bomba o el compresor requieren la entrada de una cierta cantidad de trabajo, 3in. ste trabajo es #enerado por la propia máquina. "na caldera, en la cual el a#ua pasa al estado de vapor, mediante la entrada de una cierta cantidad de calor, 4in. Cuando la uente de calor es e-terior a la propia caldera /como ocurre en una máquina de vapor típica, cuyo calor es proporcionado por una reacción nuclear 1en las centrales nucleares1 la lu solar 1en las termosolares1 o la combustión de carbón o #as 1en las centrales trmicas10 se dice que tenemos una máquina de combustión e-terna. Cuando el calor es #enerado dentro de la propia cámara, como ocurre en los motores de los ve'ículos, se dice que la máquina es de combustión interna. La turbina es atravesada por el vapor que sale de la caldera y que es movido por la dierencia de presiones entre la entrada y la salida de la turbina. n su paso por la turbina, el vapor mueve los álabes de sta, realiando un trabajo 3out que se puede aprovec'ar para #enerar electricidad. "na parte de este trabajo se emplea en 'acer uncionar la bomba. )l realiar este trabajo, el vapor se enría, de acuerdo con el primer principio de la termodinámica. "n condensador es una cámara en la que el vapor se pone en contacto con el ambiente, de orma que el vapor se condensa y vuelve a la orma de a#ua líquida. n este proceso se e-pulsa una cierta cantidad de desec'o al ambiente, 4out. l a#ua vuelve a entrar en la bomba y se reanuda el ciclo.
n la f#ura tenemos el esquema de una central nuclear de a#ua a presión /&350, en el que la máquina de vapor corresponde al ciclo secundario /en en el centro del esquema0. n el ciclo, una bomba lleva el a#ua a un intercambiador de calor, que unciona como caldera, donde es evaporada mediante un aporte e-terno de calor. n el caso de la central nuclear, este calor proviene de una conducción de a#ua u otro $uido a muy altas temperaturas despus de 'aber pasado por el reactor. l vapor que sale de la caldera se 'ace pasar por una turbina que mueve al #enerador elctrico, el cual transmite la ener#ía elctrica la red. l vapor enriado tras pasar por la turbina es enviado a un condensador, donde, en contacto con a#ua ría del e-terior vuelve al estado líquido /por esto las centrales nucleares deben estar junto a ríos o junto al mar, como en el caso
de 6u7us'ima0. "na ve licuado, el a#ua vuelve a entrar en la bomba, reiniciándose el proceso. La bomba es alimentada desde la red elctrica, con lo cual a la producción de ener#ía de la central 'ay que descontar lo que ella misma consume.
De acuerdo con el primer principio de la termodinámica, por tratarse de un proceso cíclico la ener#ía interna del sistema no cambia en un ciclo, y el trabajo neto equivale a la dierencia entre el el calor que entra y el calor que sale
Wout , neto
=
Wout Win Qin −
=
−
Qout
