Aprende en este artículo qué es en termodinámica un proceso isobárico y cuáles son algunas de sus aplicaciones reales.
Qué es el Proceso Isobárico
El término isobárico se compone de dos partes: iso = igual y bárico = presión. Por lo tanto, isobárico significa «presión igual» o «presión constante».
En termodinámica, el proceso isobárico es aquel en el que la presión se mantiene constante: ΔP = 0. Si bien el calor que se transfiere al sistema funciona, la energía interna de dicho sistema cambia.
En este proceso la presión y la fuerza ejercida son constantes y el trabajo realizado se da como PΔV.
Como ejemplo tenemos un pistón móvil en un cilindro. La presión dentro del cilindro está siempre a la presión atmosférica, aunque esté aislada de la atmósfera.
En otras palabras, el sistema está conectado dinámicamente, por un límite móvil, a un depósito de presión constante. Si un gas se expande a una presión constante, el calor debe transferirse al sistema a una cierta velocidad. Este proceso se llama una expansión isobárica.
Ejemplo
Si tiene un cilindro con un pistón pesado y calienta el gas en él, el gas se expande debido al aumento de energía. Esto está de acuerdo con la ley de Charles: el volumen de un gas es proporcional a su temperatura.
El pistón ponderado mantiene la presión constante. Puede calcular la cantidad de trabajo realizado conociendo el cambio de volumen del gas y la presión. El pistón se desplaza por el cambio en el volumen del gas, mientras que la presión permanece constante.
Si el pistón estuviera fijo y no se moviera mientras se calentaba el gas, la presión aumentaría en lugar del volumen del gas. Esto no sería un proceso isobárico, ya que la presión no era constante. El gas no pudo producir trabajo para desplazar el pistón.
Si retira la fuente de calor del cilindro o incluso la coloca en un congelador para que pierda calor al medio ambiente, el gas disminuirá de volumen y arrastrará el pistón ponderado hacia abajo mientras mantiene la presión constante. Esto es trabajo negativo, el sistema se contrae.
Proceso isobárico y diagramas de fase
En un diagrama de fase, un proceso isobárico se mostraría como una línea horizontal, ya que se lleva a cabo bajo una presión constante.
Este diagrama le mostrará a qué temperaturas una sustancia es sólida, líquida o vapor para un rango de presiones atmosféricas.
¿Por qué el proceso isobárico es siempre reversible?
En el proceso reversible, asumimos que la presión del sistema está cambiando muy lentamente, por lo que siempre está casi en equilibrio con la presión externa. Y la ecuación es:
W = −nRTln [V2 / V1] W = −nRTln [V2 / V1]
En el proceso isobárico, no se realizan tales suposiciones y al calcular el trabajo realizado obtenemos la misma fórmula, pero como aquí no se hace ninguna suposición, estos dos procesos son completamente diferentes, ya que la fórmula del trabajo realizado es la misma.
Aplicaciones Reales
La mayoría de los procesos térmicos o químicos de la vida real, como hervir agua en una estufa, encender un fósforo o la bola de polilla sólida en el armario de ropa de cama que se sublima en un gas repelente de insectos, están muy cerca de ser isobáricos.
Un matiz: hay cambios en la presión atmosférica de la tierra, que a menudo conllevan cambios en el clima, pero generalmente ocurren lo suficientemente lento como para que el agua hirviendo para la pasta pueda considerarse un proceso isobárico.
Por otro lado, un diseño de caja de subwoofer isobárico suena como algo que solo un ingeniero experimentado puede comprender. En realidad, es bastante simple, una vez que entiendes cómo funciona.
La idea principal del diseño es que tiene 2 altavoces idénticos y 1 cámara pequeña entre ellos. Cuando los altavoces se mueven, lo hacen al mismo tiempo y en la misma dirección. Como resultado, la presión en la pequeña cámara permanece constante.
En la configuración isobárica, solo un altavoz emite sonido. El otro está acoplado al primero por una pequeña cámara sellada. Esta es la cámara donde la presión permanece constante, ya que los altavoces se mueven en la misma dirección, al mismo tiempo.
La principal ventaja para realizar esta configuración es que solo necesita la mitad del volumen, en comparación con solo 1 altavoz.
Por otra parte, si bien la eficiencia es inferior a -3 dB, ganamos +3 dB adicionales del cableado en paralelo. Solo 3, no 6, porque solo 1 parlante emite sonido. Cuando se conecta el altavoz en paralelo, el diseño de la caja de subwoofers isobáricos no tiene pérdida ni ganancia de eficiencia.
