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Clase 10: “Proceso Politropico”
Clase 10
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23/03/22
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA (MARCO TEÓRICO)
PROCESO POLITRÓPICO
Definición general de proceso politrópico:
Un proceso politrópico es un proceso termodinámico, es un tipo general de procesos de expansión y comprensión, relacionando la presión y el volumen de un cierto gas, obedece a la relación:
PVn = C
Donde:
P = es la presión. V = es el volumen. n = es el índice politrópico. C = es una constante.
Ecuación del proceso politrópico:
Se utiliza comúnmente para procesos reversibles o irreversibles de gases ideales o cercanos a los gases ideales que involucran transferencia de calor y/o interacciones de trabajo cuando el índice de transferencia de energía, es constante para el proceso.
¿Qué es el coeficiente politrópico?
El coeficiente politrópico es el parámetro termodinámico que define y explica las pérdidas de calor durante las transformaciones de compresión y expansión en el ciclo de trabajo de los motores de combustión interna.
Índice politrópico
n <0: El índice politrópico negativo denota un proceso en el que el trabajo y la transferencia de calor ocurren simultáneamente a través de los límites del sistema. Sin embargo, tal proceso espontáneo viola la 2da ley de la termodinámica. Estos casos especiales se utilizan en interacción térmica para astrofísica y energía química. n = 0: P = C: Representa un proceso isobárico o un proceso de presión constante.
n = 1: VP = C: Bajo el supuesto de la ley de los gases ideales, PV = C representa la temperatura constante o proceso isotérmico.
1 <n <γ: Bajo el supuesto de la ley de los gases ideales, en estos procesos, el flujo de calor y trabajo se mueve en dirección opuesta (K> 0). Como en los ciclos de compresión de vapor, el calor se pierde en un entorno caliente.
n = γ: Bajo el supuesto de la ley de los gases ideales, representa la entropía constante o proceso isentrópico o proceso adiabático reversible.
γ <n <Infinito: En este proceso, se supone que el calor y el flujo de trabajo se mueven en la misma dirección que en el motor de CI cuando se pierde cierta cantidad de calor generado en las paredes del cilindro, etc.
n = Infinito: Representa un proceso isocórico o un proceso de volumen constante.
Las propiedades son funciones de punto; pero el calor y el trabajo más que todo son funciones de la trayectoria (sus magnitudes dependen de la trayectoria seguida)
TERMODINAMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE INDUSTRIAS ALIMENTARIAS
TERMODINÁMICA
Artículo Científico
PROCESO POLITRÓPICO
RESUMEN
El proceso politrópico puede describir la expansión y compresión del gas, que incluyen la transferencia de calor. La ecuación del proceso politrópico ������ =��, se enseña ampliamente en los programas de ingeniería como un concepto importante en la termodinámica. Este proceso se caracteriza por poseer el exponente politrópico n, que es la que determina el estado al que está ocurriendo dicho proceso. Cuando n=0 el proceso ocurre a presión constante (isobárico), si n=1 el proceso ocurre a temperatura constante(isotérmico), n = ∞ indica que se está en volumen constante (isométrico) y cuando n=k se trabaja en un proceso adiabático (Q=0). De este proceso podemos derivar las ecuaciones del calor del proceso politrópico, su trabajo, además de realizar un análisis con los gases ideales.
Palabras clave: Termodinámica, proceso politrópico, calor en un proceso politrópico, trabajo del proceso politópico.
INTRODUCCIÓN
Cualquier proceso cuya relación funcional entre la presión y el volumen sea de la forma PVn = constante, se conoce como proceso politrópico, donde n es el exponente politrópico.
(Cervantes Espinosa , Trejo Candelas, & Vega Rodriguez , 2006)
Cabe a destacar que estos procesos politrópicos se caracterizan por ser internamente reversibles. Los procesos habituales de compresión o expansión de gases no son adiabáticos ni isotérmicos. Habitualmente estos procesos puede aproximarse a politrópicos con valores entre 1< n < k (aunque existen procesos con más valores de n). (Acosta)
Ecuación del proceso politrópico
Características de los procesos
politrópicos:
El proceso isotérmico (a una temperatura T constante), en el que el exponente es n=1. Un proceso isobárico (a una presión P constante), en este caso n=0. El proceso isocórico (a un volumen V constante), para el cual n=+∞. Los procesos adiabáticos (a una entropía S constante), en los cuales el exponente es n=γ, siendo γ la constante adiabática. Esta constante es el
cociente entre la capacidad calorífica a presión constante Cp dividido entre la capacidad calorífica a volumen constante Cv:
γ=Cp/Cv.
Figura 1: Representacion grafica
Aplicaciones
Según (Zapata, 2015) una de las principales aplicaciones de la ecuación politrópica es para el cálculo del trabajo realizado por un sistema termodinámico cerrado, cuando pasa de un estado inicial a otro final en forma cuasiestática, es decir, siguiendo una sucesión de estados de equilibrio.
Figura 2: Ecuaciones de estado del proceso politrópico relacionado con P, V y T
Trabajo para proceso politrópico
Según (Posadas Barruto, 2018) el trabajo para un proceso politrópico se obtiene de la integral para sistemas cerrados:
2 ��1−2 = ∫ ������ 1
De lo cual obtenemos:
��1−2 = ����1
(1−[��2 ��−1 ��1]
��−1 �� )
Proceso politrópico para gas ideal
Según (Mercado, 2012) sabiendo que para un gas ideal la ecuación es:
PV = m R T
Donde R=Rp (gases ideales), resulta finalmente que:
��1−2 = ����ሺ��2 −��1ሻ 1−�� ;�� ≠1
Capacidad especifica del calor
Es denotada por ���� y es igual a
��−�� 1−��
CONCLUSIONES
Los procesos politrópicos son netamente reversibles, y dependiendo del valor que se le dé al exponente
politrópico “n”, nos indicara como el proceso se está efectuando. Es sencillo identificar, qué tipo de proceso se está empleando con ayuda de un gráfico P-V. Sin embargo, los valores de “n” puede ser cualquier valor real, pero solo ciertos números nos dan la información necesaria del
comportamiento que tenga dicho proceso en una situación de la vida real.
Es fácil utilizar las ecuaciones que relacionan P, V y T para cualquier proceso politrópico, ya que, por medio de la primera ley de la termodinámica y la ecuación de estado de los gases ideales, se puede calcular y determinar las condiciones a la que se está efectuando dicho proceso en un determinado sistema termodinámico
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Erich, M. (2002). Termodinamica Basica. Sevilla: España: Equinoccio. Obtenido de https://www.academia.edu/9837736/Termobasica_Erich_Muller
Gómez, J. (2016). La termodinámica: una herramienta para el análisis en alimentos. Universidad del Valle, 173-192. Obtenido de file:///C:/Users/usuario/Downloads/511-Texto%20del%20art%C3%ADculo2413-1-10-20170328.pdf
Ignasio, M., Vazquez, S., Briseño, A., & Atilano, A. (2021). Sistemas Termodinámicos. TEPEXI: Boletín Científico de la Escuela Superior Tepeji del Río, 1- 4. Obtenido de https://repository.uaeh.edu.mx/revistas/index.php/tepexi/article/view/7098/8 081
Tamir, A., & Ruiz, I. (2018). Ley Cero de la Termodinámica. Arte y Ciencia, 1-3. Obtenido de https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/17403/1/Ley%20Cero%20termodin amica.pdf
Zapata, F. (2015). Proceso politrópico: características, aplicaciones y ejemplos. Obtenido de https://www.lifeder.com/proceso-politropico/
