Download procesos isotérmico

Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería
División de Ciencias Básicas
Coordinación de Física y Química
Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
Profra. Alicia María Esponda Cascajares
Investigación: Proceso Termodinamicos
28-Mar-2010
Integrante
Solsona Nevero Angel Ricardo
Procesos termodinámicos

Proceso isotérmico
La expansión isoterma de un gas ideal puede llevarse a cabo colocando el gas en
contacto térmico con otro sistema de capacidad calorífica muy grande y a la
misma temperatura que el gas; este otro sistema se conoce como foco caliente.
De esta manera el calor se transfiere muy lentamente, permitiendo que el gas se
expanda realizando trabajo. Como la energía interna de un gas ideal sólo depende
de la temperatura y ésta permanece constante en la expansión isoterma, el calor
tomado del foco es igual al trabajo realizado por el gas: Q = W.
Una curva isoterma es una línea que sobre un diagrama representa los valores
sucesivos de las diversas variables de un sistema en un proceso isotermo. Las
isotermas de un gas ideal en un diagrama p-V, llamado diagrama de Clapeyron,
son hipérbolas equiláteras, cuya ecuación es p•V = constante.
En este proceso la temperatura permanece constante. Como la energía interna de
una gas ideal sólo es función de la temperatura, en un proceso isotérmico de un
gas ideal la variación de la energía interna es cero (∆U= 0) La curva hiperbólica se
conoce como isotérmica.
PROCESOS ISOTÉRMICO: (Temperatura constante)

Proceso Adiabatico
Se designa como proceso adiabático a aquel en el cual el sistema
(generalmente, un fluido que realiza un trabajo) no intercambia calor con su
entorno. Un proceso adiabático que es además reversible se conoce como
proceso isentrópico. El extremo opuesto, en el que tiene lugar la máxima
transferencia de calor, causando que la temperatura permanezca constante, se
denomina como proceso isotérmico.
El término adiabático hace referencia a elementos que impiden la transferencia de
calor con el entorno. Una pared aislada se aproxima bastante a un límite
adiabático. Otro ejemplo es la temperatura adiabática de llama, que es la
temperatura que podría alcanzar una llama si no hubiera pérdida de calor hacia el
entorno. En climatización los procesos de humectación (aporte de vapor de agua)
son adiabáticos, puesto que no hay transferencia de calor, a pesar de que se
consiga variar la temperatura del aire y su humedad relativa.
El calentamiento y enfriamiento adiabático son procesos que comúnmente ocurren
debido al cambio en la presión de un gas. Esto puede ser cuantificado usando la
ley de los gases ideales.
Durante un proceso adiabático, la energía interna del fluido que realiza el trabajo
debe necesariamente decrecer
La ecuación matemática que describe un proceso adiabático en un gas es
Donde P es la presión del gas, V su volumen y
Siendo CP el calor específico molar a presión constante y CV el calor específico molar a
volumen constante. Para un gas monoatómico ideal, γ = 5 / 3. Para un gas diatómico
(como el nitrógeno o el oxígeno, los principales componentes del aire) γ = 1,4
PROCESOS ADIABÁTICO O ISOENTRÓPICO:
(Sin intercambio de calor)

Es
Proceso Isobárico
un
proceso
a
presión
constante;
en
consecuencia:
𝑾 = (∑ 𝑷)(𝚫𝑽) = 𝑷(𝑽𝟐 − 𝑽𝟏 )y se tendrá
Si la presión no cambia durante un proceso, se dice que éste es isobárico. Un
ejemplo de un proceso isobárico es la ebullición del agua en un recipiente abierto.
Como el contenedor está abierto, el proceso se efectúa a presión atmosférica
constante. En el punto de ebullición, la temperatura del agua no aumenta con la
adición de calor, en lugar de esto, hay un cambio de fase de agua a vapor.
PROCESOS ISOBÁRICO: (Presión constante)

Proceso Isocorico
Este proceso se realiza a volumen constante, en consecuencia, el trabajo es cero.
Luego de la primera ley de la termodinámica se tiene que : ∆ U = Q Esto significa
que en este tipo de proceso todo el calor suministrado a un sistema se usa para
aumentar la energía interna del sistema.
PROCESOS
1.

ISOCÓRICO:
(Volumen
constante)
Proceso Politrópico
Una transformación politrópica es un cambio de estado en el que varía todas las
propiedades (presión, volumen, temperatura, entropía, entalpía, etc). También en
este proceso existe transmisión o transferencia de calor y para su análisis se lo
considera a este proceso como internamente reversible.
Diagramas p-V y T-S, para un proceso politrópico.
Las ecuaciones que rigen este proceso tienen un parecido con las ecuaciones
isentrópicas donde el exponente “k” se reemplaza por el exponente “n” que se
denomina exponente politrópico
p1  V2 
 
p2  V1 
T1  V2 
 
T2  V1 
n
(1)
n 1
(2)
n 1
T1  p1  n
 
(3)
T2  p2 
El trabajo para un proceso politrópico sin flujo será:
W
p2V2  p1V1
1 n
(4)
El calor para un proceso politrópico con flujo es:
cv k  n 
dT
1 n
dQ  cn dT
dQ 
(6)
(7)
c n ; calor específico politrópic o
Q  m  cn dT
(8)

Problema
Una masa 0.6 g de aire se encuentran un cilindro pistón a una presión de 3 bar,
una temperatura de 176 °C y un volumen inicial de 260 cm³. Para cada inciso
calcula las condiciones de estado final, el trabajo realizado, el calor involucrado en
el proceso y el tipo de proceso del que se trate.
a) Se expande había prácticamente hasta que la presión inicial es de un bar
de acuerdo a la relación PVk = constante K= 1. 4.
b) La presión se reduce a un décimo de la presión inicial sin cambio en el
volumen.
c) Se comprime hasta un cuarto de su volumen inicial suponiendo que el
cambio es de acuerdo a la relación PV1.3=constante.
d) La presión se incrementa al doble del valor inicial de acuerdo a la relación
PV= constante.
e) Se comprime a presión constante y la temperatura se triplica.
f) El volumen se expande 5 veces el valor inicial de acuerdo a la relación
PV=constante donde P=5+3V.