Todo proceso isotérmico se caracteriza por una transformación efectuada en un sistema termodinámico que es reversible y no incide en la temperatura, ya que ella se mantiene constante.
Proceso isotérmico es la denominación que recibe la transformación de carácter reversible que sucede en un sistema termodinámico que presenta, a lo largo de dicho cambio, una temperatura constante. Es sencillo identificarlo frente a otros tipos de procesos cuando se tiene en claro y presente que en el diccionario de la Real Academia Española (RAE) se indica que isotérmico/a es una palabra empleada como adjetivo que sirve para describir a aquello donde la temperatura no cambia.
El fenómeno, señalan los expertos en el tema, se logra manteniendo en equilibrio térmico al sistema. Cabe destacar que en el marco de una compresión isotérmica, la temperatura de un gas no varía pero sí se advierten modificaciones en cuanto a presión y volumen.
Es interesante remarcar además que en el ámbito de la termodinámica se distinguen otros procesos en los cuales entran en juego el calor, el trabajo y la temperatura. Uno de ellos es el proceso adiabático que, a diferencia del también llamado proceso isotermo, no contempla una transferencia de calor ya que, en ese caso, el sistema termodinámico no experimenta con su entorno un intercambio de calor. Se cataloga como isoentrópico al proceso adiabático de esencia reversible porque, de principio a fin, resulta constante la entropía: cuando el proceso adiabático se entiende como irreversible, en cambio, para garantizar que no varíe la entropía hay que apelar a la refrigeración con la intención de eliminar calor.
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ResumenCaracterísticas del proceso isotérmico
El proceso isotérmico experimentado por un gas ideal exhibe características puntuales que permiten reconocerlo frente a otras clases de fenómenos. De plasmarse en un diagrama P-V (Presión-Volumen), por ejemplo, se obtiene una hipérbola de estructura rectangular dado que, a lo largo de toda la transformación, se mantiene constante el producto del volumen y la presión.
Al analizar los elementos, factores y variables que intervienen en un proceso isotérmico, el contenido de la primera ley de la termodinámica se resume en una igualdad entre calor y trabajo.
Conceptos clave
Para poder entender, dominar y aplicar correctamente la idea de proceso isotérmico es fundamental instruirse acerca de una serie de conceptos clave.
Se requiere saber, en principio, en qué consiste un sistema termodinámico (el cual, de acuerdo a cómo sea, se cataloga como sistema abierto, cerrado o aislado), a qué refiere la categoría de gas ideal, qué se entiende por gas real y de qué se trata la noción de capacidad calorífica, por sumar nociones vinculadas al proceso isotérmico.
Se conoce como humidificación isotérmica al proceso de humidificar el aire de un ambiente con vapor de agua a temperatura elevada sin que ello modifique la temperatura del aire.
También hay que aprender sobre energía interna, temperatura, calor y trabajo termodinámico, así como conocer las leyes de los gases ideales, en especial la ley de Boyle-Mariotte.
Es enriquecedor, de igual manera, interpretar curvas isotermas, distinguir las particularidades que diferencian a un proceso reversible de uno que se considera irreversible y estar al tanto de los rasgos propios ya sean de un proceso isobárico como de un proceso isocórico.
Ejemplos de proceso isotérmico
El proceso isotérmico se ejemplifica describiendo u observando cómo se expande o comprime un gas ideal que está permanentemente conectado a un termostato y, a la vez, en contacto con un sistema, identificado como foco caliente, que se caracteriza por tener igual temperatura que el gas y poseer una enorme capacidad calorífica. En este escenario, el calor se va transfiriendo con lentitud y el gas va realizando trabajo a medida que se va expandiendo. Es importante resaltar que el calor que se va tomando del foco es equivalente al trabajo efectuado por el gas ideal ya que la energía interna de éste depende únicamente de la temperatura, la cual no evidencia cambios mientras se produce la expansión isotérmica.
En un equipo esterilizador a vapor (autoclave), por otra parte, hay un proceso orientado a la destrucción de esporas, hongos, virus y bacterias. Una de las etapas es el ciclo isotérmico que se vale de una temperatura baja para desinfectar y esterilizar materiales de modo seguro.
Una compresión isotérmica supone que, mientras la temperatura se mantiene constante durante el proceso, el volumen y la presión de un gas presentan variaciones.
Es útil, asimismo, hacer foco en el ciclo de Carnot, tal la denominación del ciclo termodinámico que se desarrolla en máquinas o dispositivos cuyo mecanismo de trabajo se basa en la absorción de una cierta cantidad de calor procedente de una fuente de temperatura elevada y en la transferencia de calor a la fuente de menor marca térmica. Por esto se ha bautizado como máquina de Carnot a la máquina térmica que para desarrollar un trabajo emplea calor. Hay dos pares de etapas en este ciclo. Un par, donde la temperatura se mantiene constante, son procesos isotérmicos; el resto, fases en las cuales hay aislamiento en materia térmica, consta de procesos adiabáticos.
Otra muestra de proceso isotérmico surge al observar el cambio de fase que ocurre cuando un cubo de hielo se derrite o bien cada vez que el agua llevada al congelador/freezer se transforma en hielo. En estas situaciones no se altera la temperatura y el fenómeno es reversible.
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