Proceso isentrópico
Se denomina proceso isentrópico a aquel proceso en el cual la entropía del sistema permanece incambiada. La palabra isoentrópico se forma de la combinación del prefijo “iso” que significa “igual” y la palabra entropía.
Si un proceso es completamente reversible, sin necesidad de aportarte energía en forma de calor, entonces el proceso es isentrópico.
En los procesos isentrópicos o reversibles, no existe intercambio de calor del sistema con el ambiente, entonces se dice que el proceso es también adiabático.
Para lograr que un proceso reversible sea isoentrópico, se aísla térmicamente el sistema, para impedir el intercambio de calor con el medio ambiente.
Muchos sistemas de ingeniería, como bombas, turbinas y difusores son esencialmente adiabáticos (no intercambian calor con el medio), y funcionan mejor cuando las irreversibilidades como la pérdida de energía por fricción, son minimizadas. De esta manera, los procesos isentrópicos son útiles como modelo de procesos reales, y también se puede
Si suponemos un gas ideal, podemos decir que un flujo de este gas, que sea adiabático y reversible, es un flujo isentrópico.
Si tenemos a dicho gas en un sistema cerrado, podemos decir que el cambio de energía es igual a la suma del trabajo más el calor aportado:
En un proceso isentrópico, la variación de calor dQ es igual a cero, entonces tenemos que el cambio de energía dU es igual al trabajo realizado sobre el sistema (dW).
Como estamos considerando un gas ideal como sistema, sobre el cual se ejerce una fuerza de compresión o descompresión, el trabajo realizado sobre el gas está relacionado con la variación de su volumen como describe la siguiente fórmula:
Donde p es la presión y dV la variación de volumen del gas.
Como dijimos más arriba, en el proceso isentrópico el trabajo es igual al cambio de energía del sistema y depende de la presión y el volumen del gas, entonces el cambio de energía también dependerá de la presión y el volumen:
La descompresión rápida de un gas, en un compresor aislado térmicamente, es un proceso casi isentrópico. Esto se puede demostrar experimentalmente, si se cuenta con compresor y un contenedor de gas comprimido aislado térmicamente, con indicadores de temperatura y de presión, que además cuente con una válvula de liberación rápida del gas. Lo que se debe hacer es tomar los datos de presión y temperatura y graficarlos. Luego comparar los resultados con lo que sucedería en un proceso isentrópico. Los resultados serán similares.
En la foto de arriba observamos un dispositivo con el cual se puede llevar a cabo el experimento descrito, son su fuente de aire comprimido, indicador de presión, indicador de temperatura y válvula de apertura rápida.