Un proceso de la refrigeración adiabática se define como el proceso termodinámico en el que no hay intercambio de calor del sistema a su entorno ni durante la expansión ni durante la compresión.
El proceso adiabático puede ser reversible o irreversible. Las siguientes son las condiciones esenciales para que se lleve a cabo el proceso adiabático:
- El sistema debe estar perfectamente aislado del entorno.
- El proceso debe llevarse a cabo rápidamente para que haya una cantidad de tiempo suficiente para que se produzca la transferencia de calor.
Por ejemplo, se espera que la compresión de gas dentro de un cilindro de motor suceda tan rápido que, en la escala de tiempo del proceso de compresión, se podría producir y enviar una cantidad mínima de energía del sistema en forma de calor.
A pesar de que los cilindros no están aislados y tienen una naturaleza conductora, el proceso se considera adiabático. Lo mismo podría considerarse válido para el proceso de ampliación de dicho sistema.
¿Qué es la ecuación del proceso adiabático?
La ecuación del proceso adiabático es la siguiente:
PV γ = constante
Dónde,
- P es la presión del sistema.
- V es el volumen del sistema
- γ es el índice adiabático y se define como la relación entre la capacidad calorífica a presión constante C p y la capacidad calorífica a volumen constante C v
Proceso adiabático reversible
El proceso adiabático reversible también se llama Proceso Isoentrópico. Es un proceso termodinámico idealizado que es adiabático y en el que las transferencias de trabajo del sistema son sin fricción; no hay transferencia de calor ni de materia, y el proceso es reversible.
Tal proceso idealizado es útil en ingeniería como modelo y base de comparación para procesos reales.
¿Qué es la Expansión Adiabática?
La expansión adiabática se define como la expansión en la que no hay interacción de calor del sistema con el entorno y el sistema realiza trabajo a expensas de su energía interna.
¿Qué es la compresión adiabática?
La compresión adiabática del aire se define como la compresión en la que no se agrega ni se resta calor del aire y se aumenta la energía interna del aire, que es igual al trabajo externo realizado sobre el aire.
La presión del aire es mayor que el volumen a medida que aumenta la temperatura durante la compresión. La presión del aire es mayor que el volumen a medida que aumenta la temperatura durante la compresión.
Ejemplo de proceso adiabático
Hay varios casos, algunos se indican a continuación:
- Es un proceso donde hay una compresión de gas y se genera calor. Uno de los ejemplos más simples sería la liberación de aire de un neumático.
- La eficiencia adiabática se aplica a dispositivos como toberas, compresores y turbinas. Una de las buenas aplicaciones del proceso adiabático.
- El péndulo que oscila en un plano vertical es un ejemplo de ello.
- Un oscilador armónico cuántico también es un ejemplo de un sistema adiabático.
- Cuando ponemos el hielo en la nevera, no sale ni entra calor.
Diferencia entre proceso isotérmico y adiabático
A continuación se muestra la tabla que explica el proceso adiabático isotérmico V/s:
Proceso isotérmico:
- Un proceso isotérmico se define como uno de los procesos termodinámicos que ocurren a una temperatura constante
- El trabajo realizado se debe al cambio en el contenido de calor neto en el sistema.
- No se puede variar la temperatura
- Hay transferencia de calor
Proceso adiabático
- Un proceso adiabático se define como uno de los procesos termodinámicos que ocurren sin ninguna transferencia de calor entre el sistema y el entorno.
- El trabajo realizado se debe al cambio en su energía interna.
- Se puede variar la temperatura
- No hay transferencia de calor.
Calentamiento adiabático
El calentamiento adiabático es un proceso físico en el cual un gas o fluido se calienta debido a la compresión sin intercambio de calor con su entorno. En otras palabras, el calentamiento ocurre exclusivamente debido al trabajo realizado sobre el sistema, sin que haya transferencia de energía térmica hacia o desde el entorno.
Durante el calentamiento adiabático, cuando un gas es comprimido, su volumen disminuye y su presión aumenta. Esta compresión provoca un aumento en la energía cinética de las partículas del gas, lo que a su vez aumenta su temperatura. Como no hay transferencia de calor hacia el entorno, la energía adicional se conserva dentro del sistema, resultando en un aumento de la temperatura sin una influencia térmica externa.
Un ejemplo común de calentamiento adiabático ocurre en el funcionamiento de los compresores de aire. Cuando un compresor comprime el aire, el gas se calienta debido al trabajo mecánico realizado por el compresor.
El calentamiento adiabático también tiene aplicaciones en la meteorología. En la atmósfera, el aire experimenta cambios de presión y temperatura a medida que se mueve verticalmente. Si el aire asciende o desciende de manera adiabática, su temperatura cambiará sin intercambio de calor con el entorno. Este proceso es fundamental para comprender la formación de nubes, las corrientes ascendentes y descendentes en las tormentas y otros fenómenos meteorológicos.
Enfriamiento adiabático
A diferencia del calentamiento adiabático, donde el gas se calienta debido a la compresión, el enfriamiento adiabático ocurre cuando el gas se expande, lo que resulta en una disminución de la temperatura.
Durante el enfriamiento adiabático, cuando un gas se expande, su volumen aumenta y su presión disminuye. Esta expansión provoca una reducción en la energía cinética de las partículas del gas, lo que a su vez disminuye su temperatura. Como no hay transferencia de calor hacia el entorno, la energía se conserva dentro del sistema, resultando en una disminución de la temperatura sin una influencia térmica externa.
Un ejemplo común de enfriamiento adiabático ocurre en los sistemas de enfriamiento evaporativo, como los enfriadores de aire o los climatizadores evaporativos. En estos sistemas, el aire caliente se hace pasar por un medio húmedo, como almohadillas o paneles empapados en agua. El agua se evapora, lo que causa una reducción de la temperatura del aire circundante debido al enfriamiento adiabático. Este aire enfriado se utiliza para proporcionar confort térmico en edificios o procesos industriales.