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Análisis de Energía en Sistemas Abiertos de Flujo Estacionari

Investigación sobre Análisis de Energía en Sistemas Abiertos de Flujo...

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Termoç (TERMO)

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Universidad Autónoma de Durango

Año académico: 2019/2020

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Universidad Autónoma de Durango

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1. Introducción

Análisis de Energía en Sistemas Abiertos de Flujo Estacionario

En ingeniería existen un diverso grupo de dispositivos que operan en condiciones de flujo estacionario. Lo cuales tienen un uso muy amplio tanto en la industria como en la vida cotidiana.

2. Desarrollo

¿Qué es una tobera?

Una tobera es un dispositivo que convierte la energía térmica y de presión de un fluido (conocida como entalpía) en energía cinética. El fluido sufre un aumento de velocidad a medida que la sección de la tobera va disminuyendo, por lo que sufre también una disminución de presión y temperatura al conservarse la energía.

¿Qué es un difusor?

Un difusor es un dispositivo para aumentar la presión de una corriente a expensas de una disminución de velocidad. Condiciones de funcionamiento: No hay trabajo de eje, puesto que ambos dispositivos son meramente conductos. La variación de energía potencial es despreciable, ya que el fluido experimenta una variación de altura pequeña o nula. En muchos casos el calor por cada unidad de masa puede ser pequeño comparado con la variación de energía cinética y entalpia. Así, en muchas aplicaciones, la hipótesi s de proceso adiabático es buena aproximación para toberas y difusores.

¿Qué características tienen?

Estos dispositivos son prácticamente cambios en el área de entrada y salida de una sección por donde atraviesa una sustancia, lo que provoca una serie de cambios en sus propiedades.

Las transferencias de calor se desprecian a menos que se indique lo contrario.
Disminuye la presión.
Hay una gran variación de velocidad ∆EC.
La V 1 puede tender a 0 en comparación con V 2.
Las transferencias de calor se desprecian a menos que se indique lo contrario.

¿Qué es un compresor?

Los compresores son máquinas térmicas diseñadas para aumentar la presión y trasladar fluidos llamados como lo son los gases y los vapores. Este proceso se lleva a cabo por medio de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por el convirtiéndose energía de flujo aumenta su presión y energía cinética impulsando la a fluir. Al igual que las bombas y los ventiladores, los compresores son dispositivos que se utilizan para incrementar la presión de un fluido. A estos dispositivos el trabajo se suministra desde una fuente externa a través de un eje giratorio, por lo tanto, los compresores requieren entrada de trabajo. Aun cuando estos tres dispositivos funcionan de manera similar, difieren en las tareas que llevan a cabo.

¿Qué características tiene?

Los compresores y bombas son dispositivos que como función principal se encuentra el aumento de presión de una sustancia, para esto se requiere una entrada de trabajo al dispositivo. La diferencia en ambos sentidos se centra en el tipo de sustancia para la que es utilizada, los compresores se utilizan para gases y las bombas para líquidos.

Las transferencias de calor se desprecian a menos que se indique lo contrario.
Aumentan la presión.
La variación de EC y EP se consideran despreciables.
Requieren trabajo para operar.

Balance de Energía para ambos

Aplicaciones industriales o de la vida diaria

Refrigerador.
Aire acondicionado.
Motor de avión.

Para bombas en condiciones ideales, puede estar en términos del volumen especifico y el cambio de presión.

¿Qué es u na válvula de expansión o de estrangulamiento?

Las válvulas de estrangulamiento son dispositivos de diferentes tipos que restringen el flujo de un fluido provocando una caída relevante de presión. Algunos ejemplos comunes son válvulas ajustables ordinarias, tubos capilares y tapones porosos. A diferencia de las turbinas, producen una caída de presión sin implicar trabajo. La caída de presión en el fluido suele ir acompañada de una gran disminución de temperatura, por esa razón los dispositivos de estrangulamiento son de uso común en aplicaciones de refrigeración y acondicionamiento de aire. La magnitud de la caída de temperatura (o, a veces, el aumento de temperatura) durante un proceso de estrangulamiento se rige por una propiedad llamada coeficiente de Joule-Thomson. Las válvulas de estrangulamiento son por lo regular dispositivos pequeños, y se puede suponer que el flujo por ellos es adiabático (q≈ 0) puesto que no hay suficiente tiempo ni área suficientemente grande para que ocurra alguna transferencia de calor efectiva. Tampoco se realiza trabajo (w 0), y el cambio en la energía potencial, si tiene lugar, es muy pequeño (Δep ≈0). Aun cuando la velocidad de salida sea con frecuencia considerablemente mayor que la velocidad de entrada, en muchos casos el incremento de energía cinética es insignificante (Δec≈ 0).

¿Qué características tiene?

Estos dispositivos son obstrucciones abruptas a el paso de una sustancia por una tubería, lo que provoca un gran cambio en propiedades como la presión y la temperatura .

La variación de EC y EP se consideran despreciables
Las transferencias de calor se desprecian
Disminuye drásticamente la presión
Disminuye drásticamente la temperatura
Aumenta el volumen
No producen trabajo
La entalpía permanece constante

Balance de energia

Aplicaciones industriales o de la vida diaria

Válvulas ajustables ordinarias.
Tubos capilares.
Tapones porosos.

Balance de Energía para dos entradas y una salida

Aplicaciones industriales o de la vida diaria

Mezcla de combustibles gaseosos antes de inflamarlos.
En las llaves de paso en las regaderas caseras, en donde se busca acondicionar la temperatura del flujo de agua dependiendo de la apertura de la llave fría o caliente.
En la soldadura autógena, se utiliza una pequeña cámara de mezclado dentro del soplete, en donde se mezcla el combustible(acetileno) con el oxigeno

¿Qué es un intercambiador de calor?

Los intercambiadores de calor son dispositivos cuya función es transferir el calor de un fluido a otro de menor temperatura. La transferencia de calor se produce a través de una placa metálica o tubo que favorezca el intercambio entre fluidos sin que estos se mezclen.

¿Qué características tiene?

Estos dispositivos son de gran uso en la vida cotidiana, en estos 2 fluidos intercambiar calor entre sí, con el objetivo de calentar o enfriar uno de ellos. En estos dispositivos los fluidos no tienen contacto directo, es decir no hay una mezcla entre ellos. - Las transferencias de calor al exterior del sistema desprecian a menos que se indique lo contrario. La presión se considera constante. - La variación de EC y EP se consideran despreciables. - No requieren trabajo para operar. - La transferencia de calor solo se da entre el fluido frío y el fluido

caliente.

Balance de Energía para el intercambiador considerando ambos fluidos

3. Conclusión

Para concluir podemos observar cómo estos dispositivos de flujo estacionario los encontramos en nuestra vida cotidiana sin considerar que estas tienen un gran impacto en el desarrollo de actividades, de igual manera las ecuaciones obtenidas nos proporcionan ayudan para el análisis de estos sistemas.

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