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Comprende a fondo el proceso adiabático y sus características

Física: proceso adiabático

En otros artículos hemos hablado de algunos fenómenos de corte físico como por ejemplo, el proceso isobárico; no obstante, nuestra web no estaría completa si no incluyéramos otro evento muy común en el ámbito de la Física, y que ha sido tradicionalmente estudiado por las eminencias científicas a nivel mundial. Se trata del proceso adiabático: ¿en qué consiste? ¿Cómo se distingue de otros fenómenos físicos? ¿Cuáles son sus principales características? En este post te damos toda la información que estabas esperando.

Nos hemos basado en FAQs y consultas frecuentes de usuarios en distintas plataformas virtuales, para intentar dar una respuesta a esos interrogantes comunes que surgen entre estudiantes y profesionales. Si estás estudiando una carrera perteneciente a las ciencias duras, tienes que hacer un trabajo práctico para la escuela o simplemente eres muy curioso, presta atención: aquí desglosamos a fondo el problema y te damos una explicación sencilla pero completa del proceso adiabático.

No busques más: somos una página web especializada en procesos de toda clase, y por eso nos ponemos a tu disposición para asesorarte como te lo mereces, con conocimientos técnicos y fuentes de consulta serias. Además, completamos nuestros análisis con ejemplos de uso cotidiano y enlaces seguros para que continúes aprendiendo por tu cuenta.

Proceso adiabático: qué es

Para entender cabalmente una exposición, siempre es preciso empezar por lo más básico. En este sentido, la primera pregunta que tratamos de responder es: “¿qué es el proceso adiabático?”. Para eso, brindamos una definición clara y sencilla. Intentaremos ser breves en la definición y no enredarte con terminología demasiado específica. Lo que pretendemos es que cualquier persona pueda comprender el tema en poco tiempo.

Se trata de un fenómeno termodinámico en el cual el sistema no es capaz de intercambiar temperatura (calor) con aquello que lo rodea (su entorno). Aparte, este proceso puede ser de tipo isentrópico, esto es, que se puede revertir. Creemos importante destacar que el proceso adiabático brinda los estamentos conceptuales básicos para comprender las teorías relacionadas con la Primera Ley de la Termodinámica.

¿Qué quiere decir “adiabático”? Es sencillo: se refiere a materiales que no permiten que se transfiera calor en un contexto dado, es decir, en los alrededores de ese elemento. Para dar un ejemplo simple, podemos mencionar un muro que cuenta con la suficiente aislación; dado que se trata de un “límite adiabático”, surge la expresión “pared adiabática”, sobre la cual puedes averiguar más por medio de este enlace. (Como podrás notar, los ingenieros civiles, arquitectos y electromecánicos tienen que dominar bastante bien el tema).

Continuando con nuestro razonamiento, un proceso dado que no implica una transferencia de temperatura o de materia interna o externamente a un X sistema, se llama “proceso adiabático”. Este sistema, que se encuentra adiabáticamente aislado, puede expresarse con la fórmula Q = 0. Muy a menudo se supone que una gran cantidad de procesos son adiabáticos cuando en realidad, si queremos ser rigurosos, no lo son.

Se trata de suposiciones simplificadoras que se dan, por ejemplo, con el fenómeno de compresión gaseoso al interior de un cilindro de un motor térmico. Como este evento sucede tan rápido en la escala temporal del fenómeno de compresión, una reducida porción de la energía del sistema se transfiere en forma de calor en los alrededores. Si bien los cilindros de tales motores no se encuentran aislados y resultan muy conductivos, tal proceso se encuentra idealizado para calificarse de adiabático. Igualmente, podemos afirmar lo mismo hablando de la expansión de ese sistema.

Los supuestos de aislación adiabática del sistema resultan útiles, y con mucha frecuencia se amalgama con otros para posibilitar el cálculo de la conducta de todo un sistema. No obstante, estas suposiciones son meras idealizaciones; resultan una aproximación, pero no se dan así en la realidad. Con todo, a pesar de que la conducta de las máquinas en la realidad práctica no coincide al 100% con dichas idealizaciones, las mismas brindan un primer acercamiento teórico que puede servir para explicar el funcionamiento real.

Lo mismo que en el proceso adiabático, en cualquier estudio de naturaleza termodinámica suelen ser comunes las simplificaciones del sistema con el fin de hacer cálculos aproximados de su comportamiento. Sin embargo –como ya aclaramos- estas son una primera herramienta para poder acercarse al conocimiento de temas muy específicos y complejos, no solo en el ámbito de la Física sino también en muchas otras ramas del saber.

Ahora que sabes en qué consiste este proceso, te invitamos a profundizar el análisis a través del conocimiento de los distintos tipos de fenómenos adiabáticos que pueden darse, tema que abordamos en el próximo apartado.

Tipos de procesos adiabáticos

Como ya explicamos, la compresión adiabática del gas causa un incremento de la temperatura en este material. La expansión contra la presión –o bien, un resorte- provoca una baja en dicha temperatura. En un sentido opuesto, el fenómeno de expansión libre representa un proceso isotérmico en un gas ideal.

Las alteraciones de temperatura mencionadas se pueden cuantificar recurriendo a la famosa “Ley del Gas Ideal” (que analizamos en este artículo) o bien, la ecuación hidrostática diseñada para procesos de tipo atmosférico.

En la realidad, no existe proceso que sea patentemente adiabático: muchos dependen de una enorme diferencia en medidas de tiempo de la tasa de disipación y el fenómeno de interés de la energía térmica por medio de un límite al sistema, y por ello se acercan a través de la construcción de una suposición de naturaleza adiabática. En fin, siempre se produce una pérdida más o menos grande de calor, porque no hay aislantes que sean infalibles.

Aplicación del proceso adiabático
Ejemplo de un proceso adiabático

Hechas estas aclaraciones, queremos explicar que como sugerimos más arriba, el proceso adiabático no se manifiesta por una única vía. En efecto, pueden tener lugar al menos 2 clases de tales procesos, que mencionamos y desglosamos a continuación.

Calentamiento

El denominado “calentamiento adiabático” tiene lugar siempre que la presión de un X gas se incremente por medio del trabajo ejercido sobre la misma por el contexto. Un ejemplo sencillo tiene lugar con el pistón en un motor térmico, que produce la comprensión de un gas presente en el interior de un tubo. La compresión gaseosa provoca que aumente la temperatura.

En una gran cantidad de situaciones en la práctica, el paso del calor por medio de las paredes puede parecer lento si se lo compara con el tiempo de compresión, que es prácticamente nulo. Tal cualidad posee una aplicación concreta en los motores térmicos de tipo diésel, los cuales dependen de la ausencia de disipación del calor en la carrera de compresión para incrementar la temperatura del vapor generado del combustible, lo bastante como para poder hacerlos arrancar.

Enfriamiento

Otro proceso adiabático patente es el del enfriamiento, que tiene lugar cuando la presión ejercida en un sistema aislado adiabáticamente baja, lo cual hace posible la expansión. La misma permite que funcione en su alrededor. Al reducir la presión que se aplica en un paquete aéreo, se vuelve posible que el aire presente en el mismo experimente una expansión. En tanto sube el volumen, el calor baja, mientras que se reduce su energía interna.

¿Un ejemplo concreto del fenómeno de enfriamiento? Suele tener lugar en la atmósfera de nuestro planeta a través de las ondas de sotavento y el denominado “levantamiento orográfico”, que causa las conocidas nubes lenticulares.

Llegados a este punto, creemos importante mencionar que el enfriamiento adiabático no está obligado a involucrar fluidos. De hecho, hoy en día existe una técnica muy recurrente para llegar a temperaturas extremadamente bajas (de millonésimas de grado bajo cero), que consiste en la desmagnetización adiabática. En tal proceso, la alteración del campo magnético de un material dado se emplea para brindar enfriamiento adiabático, aunque te parezca sorprendente.

Por otra parte, quizá no lo sabías, pero lo que contiene un universo en proceso de expansión puede ser descrito como fluido por enfriamiento adiabático. Te invitamos a conocer más sobre este tema específico a través del siguiente enlace (no lo desarrollamos aquí por cuestiones de paso, pero resulta por demás interesante para ahondar).

Ejemplos del proceso adiabático

Si bien hemos intentado ser claros en nuestra exposición, no queremos que la teoría se quede solo en eso… en puros conceptos, sino que pretendemos que entiendas la importancia y el alcance que puede tener el proceso adiabático en la vida cotidiana. En este sentido, aquí te mostramos algunos ejemplos prácticos de este fenómeno en lo concreto de todos los días:

  • Si quieres enfriar un té muy caliente con cubitos de hielo, desatas un proceso adiabático: el té comenzará a enfriarse por el hielo, y lo mismo los cubitos se derretirán hasta que ambos lleguen a un equilibrio térmico (¡y entonces podrás tomar tu bebida!). No obstante, no se produjo una transferencia de calor desde el exterior de la taza hacia el interior.
  • Si usas un aire acondicionado, seguramente habrás notado que tiene un sistema de humectación que aporta vapor de agua al ambiente. Pues bien, este proceso también es adiabático porque no se produce un traspaso de temperatura, si bien el aparato logra cambiar la temperatura del aire y su grado de humedad (refresca el ambiente y evita su resequedad).
Fórmula proceso adiabático
Fases del proceso adiabático
  • Si tienes una bicicleta cuyas ruedas sueles inflar con una bomba específica, la compresión que sufre el pistón manifiesta un proceso adiabático.
  • Si alguna vez has pasado por la colocación de una inyección (seguramente que sí), déjanos decirte que la veloz descompresión del émbolo –si ha sido comprimido a través del orificio de salida tapado- representa un fenómeno termodinámico adiabático.
  • Si sueles cocinar con un horno de gas, deberías saber que la llama de la hornalla podría alcanzar una temperatura mucho más alta que la que aprovechas para la olla de fideos, si no sufriera una pérdida de calor constante en el entorno de tu cocina (este también es un proceso de naturaleza adiabática).
  • Si tienes un coche con motor diésel, ya habrás comprobado más arriba que su funcionamiento implica el fenómeno que hemos analizado en este post.

¿Te sorprendiste? Como habrás podido verificar, este proceso físico se encuentra presente en distintas situaciones de nuestra vida cotidiana. Esperamos, con los ejemplos que te hemos dado, haber hecho un poco más cercano este tema a tu realidad. Nos gusta compartir el conocimiento científico y demostrar que puede salir de los laboratorios para acercarse a la realidad de todos los días. Los saberes que construimos no servirían de nada si no pudiéramos aplicarlos para dar solución y explicar distintos fenómenos del mundo concreto.

Ahora sí, es momento de dar por terminado este post pero te invitamos a seguir en contacto con nosotros a través de la caja de comentarios y las redes sociales. Comparte este post con tus amigos y conocidos, puntúalo si te ha gustado y –por supuesto- no dejes de seguir navegando por nuestra web para descubrir muchísimos más procesos.