Un proceso adiabático no es necesariamente un proceso isotérmico, ni un proceso isotérmico es necesariamente adiabático. Características de los procesos adiabáticos e isotérmicos. Ingenieria termal
Proceso isotérmico
Un proceso isotérmico es un proceso termodinámico , en el que la temperatura del sistema permanece constante (T = constante). La transferencia de calor dentro o fuera del sistema generalmente debe ocurrir a una velocidad tan lenta para ajustarse continuamente a la temperatura del depósito a través del intercambio de calor. En cada uno de estos estados se mantiene el equilibrio térmico .Para un proceso ideal de gas y politrópico, el caso n = 1 corresponde a un proceso isotérmico (temperatura constante). A diferencia del proceso adiabático , en el que n = κ y un sistema no intercambia calor con su entorno (Q = 0; ∆T ≠ 0 ) , en un proceso isotérmico no hay cambio en la energía interna (debido a ∆T = 0 ) y, por lo tanto, ΔU = 0 (para gases ideales) y Q ≠ 0. Un proceso adiabático no es necesariamente un proceso isotérmico, ni un proceso isotérmico es necesariamente adiabático.
En ingeniería, los cambios de fase, como la evaporación o la fusión, son procesos isotérmicos cuando, como suele ser el caso, ocurren a presión y temperatura constantes.
Proceso isotérmico y la primera ley
La forma clásica de la primera ley de la termodinámica es la siguiente ecuación:
dU = dQ – dW
En esta ecuación, dW es igual a dW = pdV y se conoce como el trabajo límite .
En el proceso isotérmico y el gas ideal , todo el calor agregado al sistema se utilizará para hacer el trabajo:
Proceso isotérmico (dU = 0):
dU = 0 = Q – W → W = Q (para gas ideal)
El proceso isotérmico se puede expresar con la ley de los gases ideales como:
pV = constante
o
p 1 V 1 = p 2 V 2
En un diagrama de pV, el proceso se produce a lo largo de una línea (llamada una isoterma) que tiene la ecuación p = constante / V .
Proceso adiabático
Un proceso adiabático es un proceso termodinámico , en el que no hay transferencia de calor dentro o fuera del sistema (Q = 0). El sistema puede considerarse perfectamente aislado . En un proceso adiabático, la energía se transfiere solo como trabajo. La suposición de que no hay transferencia de calor es muy importante, ya que podemos usar la aproximación adiabática solo en procesos muy rápidos . En estos procesos rápidos, no hay tiempo suficiente para que la transferencia de energía como calor tenga lugar hacia o desde el sistema.En dispositivos reales (como turbinas, bombas y compresores) se producen pérdidas de calor y pérdidas en el proceso de combustión, pero estas pérdidas suelen ser bajas en comparación con el flujo de energía general y podemos aproximar algunos procesos termodinámicos por el proceso adiabático.
Proceso adiabático y la primera ley
Para un sistema cerrado, podemos escribir la primera ley de la termodinámica en términos de entalpía :
dH = dQ + Vdp
En esta ecuación, el término Vdp es un proceso de flujo de trabajo . Este trabajo, Vdp, se utiliza para sistemas de flujo abierto como una turbina o una bomba en la que hay un “dp”, es decir, un cambio de presión. Como puede verse, esta forma de ley simplifica la descripción de la transferencia de energía . En el proceso adiabático, el cambio de entalpía es igual al trabajo del proceso de flujo realizado en o por el sistema:
Proceso adiabático (dQ = 0):
dH = Vdp → W = H 2 – H 1 → H 2 – H 1 = C p (T 2 – T 1 ) (para un gas ideal )
Expansión adiabática
Expansión Gratis – Expansión Joule
Estos son procesos adiabáticos en los que no se produce transferencia de calor entre el sistema y su entorno y no se realiza ningún trabajo en el sistema. Estos tipos de procesos adiabáticos se denominan expansión libre . Es un proceso irreversible en el que un gas se expande en una cámara de evacuación aislada. También se llama expansión Joule . Para un gas ideal, la temperatura no cambia (esto significa que el proceso también es isotérmico ) , sin embargo, los gases reales experimentan un cambio de temperatura durante la expansión libre. En expansión libre, Q = W = 0, y la primera ley requiere que:
dE int = 0
No se puede trazar una expansión libre en un diagrama PV, porque el proceso es rápido, no cuasiestático. Los estados intermedios no son estados de equilibrio y, por lo tanto, la presión no está claramente definida.
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