Compresión adiabática es un proceso termodinámico, donde la energía interna del sistema aumenta debido al aumento de temperatura.
Compresión adiabática se caracteriza por una transferencia nula de calor entre el sistema y el entorno. El aumento de temperatura durante la compresión adiabática conduce a un aumento de la presión que normalmente se observa que es mucho más pronunciada que la tasa de disminución del volumen.
Un proceso adiabático se puede definir mediante la expresión:
PVꝩ = Constante
Dónde,
P = Presión del sistema
V: volumen del sistema
ꝩ = Relación de calor específico del gas (Cp / Cv)
Aquí Cp es el calor específico en condiciones de presión constante y Cv es el calor específico en condiciones de volumen constante. En la ecuación anterior, se considera que el sistema está perfectamente aislado del entorno de manera que dQ = 0, o no se está llevando transferencia de calor con el entorno. El otro supuesto de las expresiones anteriores es que el gas debe ser un gas ideal (factor de compresibilidad = 1)
En la operación práctica, el comportamiento ideal se muestra por pocos gases o composición de gases. Además, siempre hay pérdida de calor hacia el entorno cuando un sistema realiza un trabajo fotovoltaico. Sin embargo, para todos los propósitos prácticos, la mayoría de los gases muestran un comportamiento cercano al ideal en presión y temperatura por encima de su punto de ebullición. En estas condiciones, las colisiones entre los gases son perfectamente elásticas y las fuerzas intermoleculares entre los átomos que chocan son casi inexistentes.
Imagen |: colisión elástica
Fuente: https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/thermodynamics/ideal-gas-law/what-is-ideal-gas/
Otra practica ejemplo de proceso adiabático es turbina de gas operación, donde el proceso de cambio es muy raid. En estos procesos, la pérdida de calor ocurre, pero la cantidad es bastante baja en comparación con el calor transferido en el proceso, lo que lo hace insignificante. Otro ejemplo de un proceso adiabático es la compresión y las carreras de expansión de un motor de combustión interna.
PV diagrama de carreras en un motor IC
Fuente de imagen: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
¿Qué es la compresión adiabática?
En termodinámica, un proceso adiabático se caracteriza por dQ = 0, donde Q es el corazón transferido con el entorno.
La compresión adiabática es un proceso en el que el trabajo fotovoltaico realizado es negativo y aumenta la temperatura del sistema. Este aumento de temperatura aumenta la energía interna del sistema.
La compresión adiabática supone un aislamiento perfecto, que es puramente teórico. Sin embargo, los ingenieros pueden hacer suposiciones adiabáticas con seguridad para todos los propósitos prácticos en procesos que están bastante bien aislados o que son muy rápidos.
Compresión adiabática ¿cómo funciona?
La compresión adiabática funciona según los mismos principios que la primera ley de la termodinámica.
La primera ley de la termodinámica establece que
dQ = dU + dW
In compresión adiabática, dado que la transferencia de calor con el entorno es nula, la ecuación anterior se puede escribir como:
dU = -PdV
Lo anterior implica que el aumento de energía interna corresponde a una disminución de volumen. El aumento de la energía interna está indicado por el aumento de temperatura del sistema.
PV Diagrama de un proceso adiabático
Fuente: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
¿La compresión es siempre adiabática?
La compresión se realiza para fluidos compresibles, que es básicamente gas y se produce por diferentes vías termodinámicas.
El proceso de compresión de gas puede ser de tres tipos termodinámicamente: - Compresión isotérmica, adiabática y politrópica. Todos estos diferentes tipos de compresiones pueden conducir a diferentes condiciones terminales para la misma cantidad de trabajo realizado.
Compresión isotérmica: como sugiere el nombre, este tipo de compresión se produce a temperatura constante. Esto se logra proporcionando refrigerante encamisado sobre el cuerpo del compresor o proporcionando refrigeración entre etapas. Sin embargo, en aplicaciones prácticas, la compresión isotérmica completa es muy difícil de lograr. Se puede lograr una compresión cercana a la isoterma permitiendo que el proceso de compresión se realice a un ritmo muy lento con tiempo suficiente para eliminar el calor generado en el proceso. La compresión isotérmica viene dada por la expresión
PV = constante
Compresión adiabática: Este tipo de compresión requiere que la compresión se lleve a cabo sin pérdida o ganancia de calor del entorno. Se requiere un sistema perfectamente aislado para lograr lo mismo. Otro método para lograr compresión adiabática consiste en realizar la compresión a un ritmo muy rápido, de modo que no se disponga de tiempo para la transferencia de calor del sistema al entorno. La compresión adiabática viene dada por la expresión:
PVꝩ= constante, donde ꝩ es la relación de calores específicos del gas que se comprime.
Compresión politrópica: La compresión politrópica define los procesos de compresión reales que tienen lugar en los sistemas de compresión de la vida real, como los de un compresor de gas. UN proceso de compresión politrópica viene dada por la expresión:
PVn = Constante, donde n varía de 1-1.4
Fórmula de compresión adiabática
La fórmula de compresión adiabática se deriva de la primera ley de la termodinámica considerando que no hay transferencia de calor hacia y desde el sistema.
La fórmula para la compresión adiabática se puede expresar de varias formas, es decir, en forma PV, en forma de TV y en forma de PT, donde P, V y T son presión, volumen y temperatura respectivamente.
La compresión adiabática en forma de Presión y Temperatura viene dada por:
P1-Ꝩ Tꝩ = Constante
La compresión adiabática en forma de volumen y temperatura:
TVꝩ-1= Constante
La compresión adiabática en forma de presión y volumen viene dada por:
PVꝩ= Constante
¿Cómo calcular la compresión adiabática?
La compresión adiabática se puede calcular utilizando la fórmula PVꝩ= Constante.
Un pistón que comprime un gas en un cilindro se denominará proceso adiabático, cuando la transferencia de calor al entorno es nula. En tal caso, si se conocen las condiciones iniciales (P1 y V1) junto con la relación de calor específico del gas (ꝩ), se puede obtener cualquiera de las condiciones finales (P2, V2) si se especifica una. Por tanto, la fórmula se convierte en:
P1V1ꝩ= P2V2ꝩ
¿Qué causa la compresión adiabática (irrelevante)?
Trabajo realizado en Compresión Adiabática
El trabajo realizado en un proceso adiabático se puede derivar de la fórmula para el proceso adiabático
PVꝩ= Constante (K). Esta fórmula se puede reescribir como P = KV-ꝩ
Para calcular el trabajo realizado en proceso adiabático , consideremos que el sistema está comprimido desde la posición inicial de P1, V1 y T1 hasta la posición final P2, V2 y T2. El trabajo realizado está dado por
Trabajo realizado (W) = Fuerza x desplazamiento
W = Fdx
W = PAdx
W = P (Adx)
W = PdV
Para calcular el trabajo realizado durante la compresión de V1 a V2, se requiere que PdV se integre con los límites de V1 y V2
O W =
O W =dV donde P = KV-ꝩ
Esto se puede dar como trabajo realizado en un proceso adiabático.
Integrando aún más, obtenemos la expresión final para el trabajo realizado como
W=1/(1−γ) {P2V2−P1V1}
¿Cuál es el trabajo realizado en el proceso adiabático?
Un proceso adiabático puede ser una compresión adiabática o una expansión adiabática.
En caso de compresión adiabática, el trabajo lo realiza el entorno sobre el sistema y en la expansión adiabática El trabajo lo realiza el sistema sobre el entorno. El trabajo realizado en el proceso adiabático es el mismo que el trabajo realizado en la compresión o expansión adiabática.
Un ejemplo de adiabático La expansión es el aumento de aire caliente en la atmósfera, que se expande adiabáticamente debido a la presión atmosférica más baja y, como resultado, se enfría. En este caso, el trabajo lo realiza el aire caliente ascendente y el trabajo lo realiza el sistema.
¿El trabajo es negativo en la compresión adiabática?
Sí, trabajo realizado por el sistema durante la compresión adiabática es negativo
La compresión adiabática se produce con un aumento de la energía interna del sistema. Sabemos por la primera ley de termodinámica que como dQ en compresión adiabática es nulo,
dU + dW = 0
o dU = -dW
dU y dW comparten una relación negativa entre sí. Por tanto, dado que el cambio energético interno es positivo, el trabajo realizado es negativo.
La relación también puede ser corroborada por el hecho de que, durante la compresión adiabática como la energía interna aumenta, el trabajo lo realiza el entorno sobre el sistema y, por lo tanto, el trabajo realizado por el sistema sobre el entorno es negativo.
De lo contrario, trabajo realizado por el sistema en el entorno durante la expansión adiabática es positivo.
¿Cómo se calcula el trabajo realizado en el proceso adiabático?
Se puede lograr un proceso adiabático si la expansión o compresión del gas se lleva a cabo en un sistema perfectamente aislado o se lleva a cabo tan rápido que la transferencia de calor al entorno es insignificante.
Matemáticamente, no hay diferencia entre una expansión adiabática y una compresión adiabática y, por lo tanto, siguen las mismas fórmulas y derivaciones.
Por tanto, todas las fórmulas utilizadas para la compresión adiabática indicadas anteriormente son válidas para cualquier proceso adiabático.
¿Es la compresión adiabática reversible?
La compresión adiabática es reversible si no hay cambios en la entropía.
Un proceso se llama reversible si es isentrópico o no hay cambio en la entropía del sistema o dS=0. Una compresión adiabática es aquella en la que no hay cambio en la transferencia de calor con el entorno. Para que una compresión adiabática sea reversible, el proceso de compresión debe ser sin fricción.
An ejemplo de adiabatica reversible La compresión, que también se denomina compresión isentrópica, se puede encontrar en una turbina de gas o en motores a reacción modernos. este gas Las turbinas siguen el ciclo Brayton. como se muestra a continuación.
En la figura anterior, el ideal Ciclo de Brayton consta de cuatro procesos termodinámicos.
Etapa 1-> etapa 2: compresión isoentrópica
Etapa 2-> etapa 3: calentamiento isobárico
Etapa 3-> etapa 4: Expansión isoentrópica
Soy Sangeeta Das. He completado mi Maestría en Ingeniería Mecánica con especialización en Motores IC y Automóviles. Tengo alrededor de diez años de experiencia en la industria y el mundo académico. Mi área de interés incluye motores IC, aerodinámica y mecánica de fluidos. Puedes alcanzarme en