Rendimiento de una máquina térmica
Se define el rendimiento de una máquina térmica de ciclo directo al cociente entre el trabajo producido por la máquina y el calor absorbido de la fuente caliente. Esta definición tiene un sentido ciertamente económico, pues es ese calor absorbido el que se obtendrá generalmente de la combustión de un combustible. Según la notación de la figura, se tiene:
Por lo tanto:
Además, aplicando el primer principio, el trabajo será igual la diferencia entre el calor absorbido y cedido, por ser el funcionamiento de la máquina cíclico; de donde:
El rendimiento de una máquina térmica será siempre inferior a la unidad debido a la limitación de ceder calor a una fuente fría que impone el segundo principio de la Termodinámica. Este rendimiento será más próximo a 1, cuando menor sea la proporción entre calor cedido frente a calor absorbido.
En las máquinas térmicas con ciclo inverso conseguimos cambiar el sentido de flujo de calor, absorbiendo calor del foco frío y cediéndolo al caliente gracias a un aporte exterior de trabajo. La idea de rendimiento de la máquina cambia, puesto lo que obtenemos de esta máquina es una absorción de calor y no un trabajo como en la máquina directa. El rendimiento se define pues de manera distinta, y para diferenciarlo se le llama de forma distinta. La eficiencia de una máquina térmica inversa (ε) se define como el cociente entre el calor absorbido por la máquina del foco frío y el trabajo absorbido por la máquina. La eficiencia de la máquina inversa también es conocida como coeficiente de efecto frigorífico.
Al contrario que el rendimiento de las máquinas directas, la eficiencia de las máquinas frigoríficas no está limitada en 1, incluso es habitual que sea varias veces superior a uno.
Como conclusión, el ciclo de Carnot establece el máximo rendimiento térmico que puede alcanzar una máquina térmica. Así pues, se cumple:
El ciclo de Carnot utiliza procesos isentrópicos, no procesos regenerativos de intercambio de calor, asumiendo que el calor específico del regenerador es infinitamente grande, como el ciclo Stirling.