Compressão adiabática é um processo termodinâmico, onde a energia interna do sistema aumenta devido ao aumento da temperatura.
Compressão adiabática é caracterizado por nenhuma transferência de calor entre o sistema e o ambiente. O aumento da temperatura durante a compressão adiabática leva ao aumento da pressão, que normalmente é observado como muito mais acentuado do que a taxa de diminuição do volume.
Um processo adiabático pode ser definido pela expressão:
PVꝩ = Constante
Onde,
P = pressão do sistema
V: Volume do sistema
ꝩ = Razão de calor específico do gás (Cp / Cv)
Aqui, Cp é o calor específico em condições de pressão constante e Cv é o calor específico em condições de volume constante. Na equação acima, é considerado que o sistema está perfeitamente isolado dos arredores, de modo que dQ = 0, ou nenhuma transferência de calor está ocorrendo nos arredores. A outra suposição das expressões acima é que o gás deve ser um gás ideal (fator de compressibilidade = 1)
Na operação prática, o comportamento ideal é mostrado por poucos gases ou composição de gases. Além disso, sempre há perda de calor para a vizinhança quando um trabalho fotovoltaico é realizado por um sistema. No entanto, para todos os propósitos práticos, a maioria dos gases mostra um comportamento próximo do ideal em pressão e temperatura acima do ponto de ebulição. Nestas condições, as colisões entre os gases são perfeitamente elásticas e as forças intermoleculares entre os átomos em colisão são quase inexistentes.
Imagem |: colisão elástica
Fonte: https://www.nuclear-power.com/nuclear-engineering/thermodynamics/ideal-gas-law/what-is-ideal-gas/
Outra prática exemplo de processo adiabático é a turbina a gás operação, onde o processo de mudança é muito raid. Nesses processos, a perda de calor ocorre, mas a quantidade é bastante baixa em comparação com o calor transferido no processo, tornando-o insignificante. Outro exemplo de um processo adiabático é a compressão e os cursos de expansão de um motor de combustão interna.
PV diagrama de cursos em um motor IC
Fonte da imagem: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
O que é compressão adiabática?
Em termodinâmica, um processo adiabático é caracterizado por dQ = 0, onde Q é o coração transferido com o ambiente.
A compressão adiabática é um processo onde o trabalho PV realizado é negativo e resulta em aumento da temperatura do sistema. Esse aumento de temperatura aumenta a energia interna do sistema.
A compressão adiabática pressupõe um isolamento perfeito, o que é puramente teórico. A suposição adiabática pode, no entanto, ser feita com segurança por engenheiros para todos os fins práticos em processos que são razoavelmente bem isolados ou que são muito rápidos.
Compressão adiabática como funciona?
A compressão adiabática funciona nos mesmos princípios da primeira lei da termodinâmica.
A primeira lei da termodinâmica afirma que
dQ = dU + dW
In compressão adiabática, uma vez que a transferência de calor com o ambiente é nula, a equação acima pode ser escrita como:
dU = -PdV
O acima indica que o aumento da energia interna corresponde à diminuição do volume. O aumento da energia interna é indicado pelo aumento da temperatura do sistema.
PV Diagrama de um processo adiabático
Fonte: https://engineeringinsider.org/adiabatic-process-types/
A compressão é sempre adiabática?
A compressão é realizada para fluidos compressíveis, que são basicamente gases e ocorre por diferentes vias termodinâmicas.
O processo de compressão de gás pode ser termodinamicamente de três tipos: - Compressão isotérmica, adiabática e politrópica. Todos esses diferentes tipos de compressões podem levar a diferentes condições terminais para a mesma quantidade de trabalho realizado.
Compressão isotérmica: Como o nome sugere, esse tipo de compressão ocorre em temperatura constante. Isso é obtido fornecendo refrigerante encamisado sobre o corpo do compressor e / ou refrigeração entre estágios. Em aplicações práticas, no entanto, a compressão isotérmica completa é muito difícil de alcançar. Uma compressão próxima da isotérmica pode ser alcançada permitindo que o processo de compressão seja submetido a um ritmo muito lento, com tempo suficiente para remover o calor gerado no processo. A compressão isotérmica é dada pela expressão
PV = constante
Compressão Adiabática: Este tipo de compressão requer que a compressão seja realizada sem perda ou ganho de calor do ambiente. É necessário um sistema perfeitamente isolado para conseguir o mesmo. Outro método para alcançar compressão adiabática é realizar a compressão em um ritmo muito rápido, de modo que não haja tempo para a transferência de calor do sistema para o ambiente. A compressão adiabática é dada pela expressão:
PVꝩ= constante, onde ꝩ é a razão de calores específicos do gás sendo comprimido.
Compressão politrópica: A compressão politrópica define os processos de compressão reais que ocorrem em sistemas de compressão da vida real, como os de um compressor de gás. UMA processo de compressão politrópica é dado pela expressão:
PVn = Constante, onde n varia de 1-1.4
Fórmula de compressão adiabática
A fórmula de compressão adiabática é derivada da primeira lei da termodinâmica, considerando que não há transferência de calor de e para o sistema.
A fórmula para compressão adiabática pode ser expressa em várias formas, ou seja, na forma PV, na forma TV e na forma PT, onde P, V e T são pressão, volume e temperatura, respectivamente.
A compressão adiabática na forma de Pressão e Temperatura é dada por:
P1-Ꝩ Tꝩ = Constante
A compressão adiabática na forma de Volume e temperatura:
TVꝩ-1= Constante
A compressão adiabática na forma de pressão e volume é dada por:
PVꝩ= Constante
Como calcular a Compressão Adiabática?
A compressão adiabática pode ser calculada usando a fórmula PVꝩ= Constante.
Um pistão comprimindo um gás em um cilindro será chamado de processo adiabático, quando a transferência de calor para o ambiente ao redor é nula. Nesse caso, se as condições iniciais (P1 e V1) junto com a razão de calor específico do gás (ꝩ) forem conhecidas, qualquer uma das condições finais (P2, V2) pode ser obtida se uma for especificada. Assim, a fórmula se torna:
P1V1ꝩ= P2V2ꝩ
O que causa a compressão adiabática (irrelevante)
Trabalho realizado em Compressão Adiabática
O trabalho realizado em um processo adiabático pode ser derivado da fórmula para o processo adiabático
PVꝩ= Constante (K). Esta fórmula pode ser reescrita como P = KV-ꝩ
Para calcular o trabalho realizado em processo adiabático , vamos considerar que o sistema é comprimido da posição inicial de P1, V1 e T1 até a posição final P2, V2 e T2. O trabalho realizado é dado por
Trabalho realizado (W) = Força x deslocamento
W = Fdx
W = PAdx
W = P (Adx)
W = PdV
A fim de calcular o trabalho realizado durante a compressão de V1 a V2, PdV deve ser integrado com os limites de V1 e V2
Ou W =
Ou W =dV Onde P = KV-ꝩ
Isso pode ser dado como o trabalho feito em um processo adiabático.
Integrando ainda mais, obtemos a expressão final para o trabalho realizado como
W=1/(1−γ) {P2V2−P1V1}
Qual é o trabalho realizado no processo adiabático
Um processo adiabático pode ser compressão adiabática ou uma expansão adiabática.
No caso de compressão adiabática, o trabalho é feito pela vizinhança sobre o sistema e na expansão adiabática trabalho é realizado pelo sistema sobre a vizinhança. O trabalho realizado no processo adiabático é igual ao trabalho realizado na compressão ou expansão adiabática.
Um exemplo de adiabático A expansão é o aumento do ar quente na atmosfera, que se expande adiabaticamente devido à pressão atmosférica mais baixa e esfria como resultado. Neste caso, o trabalho é realizado pelo ar quente ascendente e o trabalho é realizado pelo sistema.
O trabalho é negativo na compressão adiabática?
Sim, trabalho realizado pelo sistema durante a compressão adiabática é negativo.
A compressão adiabática ocorre com o aumento da energia interna do sistema. Sabemos pela primeira lei de termodinâmica que como dQ na compressão adiabática é nulo,
dU + dW = 0
ou dU = -dW
dU e dW compartilham uma relação negativa entre si. Assim, como a mudança de energia interna é positiva, o trabalho realizado é negativo.
A relação também pode ser corroborada pelo fato de que, durante a compressão adiabática como energia interna aumenta, o trabalho é realizado pela vizinhança sobre o sistema e, portanto, o trabalho realizado pelo sistema sobre a vizinhança é negativo.
Pelo contrário, trabalho realizado pelo sistema sobre a vizinhança durante a expansão adiabática é positivo.
Como você calcula o trabalho realizado no Adiabatic Process?
Um processo adiabático pode ser alcançado se a expansão ou compressão do gás for realizada em um sistema perfeitamente isolado ou realizada tão rapidamente que a transferência de calor para o ambiente é desprezível.
Matematicamente, não há diferença entre uma expansão adiabática e compressão adiabática e, portanto, elas seguem as mesmas fórmulas e derivações.
Assim, todas as fórmulas utilizadas para compressão adiabática observadas acima são verdadeiras para qualquer processo adiabático.
A compressão adiabática é reversível?
A compressão adiabática é reversível se não houver mudança na entropia
Um processo é chamado reversível se for isentrópico ou se não houver variação na entropia do sistema ou dS=0. Uma compressão adiabática é aquela em que não há mudança na transferência de calor com o entorno. Para que uma compressão adiabática seja reversível, o processo de compressão deve ser sem atrito.
An exemplo de adiabático reversível A compressão que também é chamada de compressão isentrópica pode ser encontrada em uma turbina a gás ou em motores a jato modernos. Este gás turbinas seguem o ciclo Brayton como mostrado abaixo.
Na figura acima, o ideal Ciclo de brayton consiste em quatro processos termodinâmicos.
Estágio 1-> estágio 2: compressão isoentrópica
Estágio 2-> estágio 3: aquecimento isobárico
Estágio 3-> estágio 4: Expansão iso entrópica
Eu sou Sangeeta Das. Concluí meu mestrado em Engenharia Mecânica com especialização em Motores IC e Automóveis. Tenho cerca de dez anos de experiência abrangendo indústria e academia. Minha área de interesse inclui Motores IC, Aerodinâmica e Mecânica dos Fluidos. Você pode me encontrar em