Termodinámica / Tema: Análisis de Masa y energía

1. ÁNÁLISIS DE MASA Y
ENERGÍA DE VOLÚMENES
DE CONTROL
AKA Sistemas Abiertos

2. Conservación de la masa
• Para volúmenes de control, la masa puede cruzar las fronteras,
de modo que se debe mantener un registro de la cantidad de
masa que entra y sale.
• La cantidad de masa que pasa por una sección transversal por
unidad de tiempo se llama flujo másico y se denota mediante
ሶ
𝑚. *Un fluido entra o sale comúnmente de un volumen de control a través de
tuberías o ductos.
Para flujo compresible, se puede considerar a
d como la densidad promedio en la sección
transversal,

3. Flujos másico y volumétrico
Principio de conservación de la masa

4. Procesos de flujo estacionario
toberas, difusores, turbinas, compresores y bombas.
VELOCIDAD

5. TRABAJO DE FLUJO
• Al trabajar con sistemas abiertos, sabemos que existe un flujo de masa a
través de sus fronteras, y se requiere trabajo para introducirla o sacarla del
sistema como tal. Este trabajo se conoce como trabajo o energía de flujo y
es necesario para mantener un flujo continuo a través de un volumen de
control.
POR UNIDAD
DE MASA
AKA energía de flujo,
energía
de convección o
energía de
transportación

6. ENERGÍA DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO
• El fluido que entra o sale de un volumen de control posee una forma
adicional de energía, la energía de flujo Pv, como ya se explicó,
entonces:
ENERGÍA TRANSPORTADA POR LA MASA

7. ANÁLISIS DE ENERGÍA DE SISTEMAS DE FLUJO
ESTACIONARIO
tasa de transferencia de calor entre
el volumen de control y sus
alrededores.
POTENCIA

8. DISPOSITIVOS INGENIERILES
DE FLUJO ESTACIONARIO

9. TOBERAS Y DIFUSORES
• Una tobera es un dispositivo que incrementa la velocidad de un fluido a
expensas de la presión. Un difusor es un dispositivo que incrementa la
presión de un fluido al desacelerarlo.
• CONSIDERACIONES
• ሶ
𝑄 = 0
• ሶ
𝑊 = 0
• ∆𝐸𝑝 ≅ 0 ; ∆𝑒𝑐 ≠ 0

10. TURBINAS Y COMPRESORES
• Un ventilador se usa sobre todo para movilizar un gas y sólo incrementa
ligeramente la presión, mientras que un compresor es capaz de
comprimir el gas a presiones muy altas.
• ሶ
𝑄 = 0
• ሶ
𝑊 = 0
• ∆𝐸𝑝 ≅ 0 ; ∆𝑒𝑐 ≅ 0

11. VÁLVULAS DE ESTRANGULAMIENTO
• Las válvulas de estrangulamiento son dispositivos de diferentes tipos que
restringen el flujo de un fluido provocando una caída relevante de presión. 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.
• q = 0
• w = 0
• ∆𝐸𝑝 ≅ 0 ; ∆𝑒𝑐 ≅ 0 ∴ ℎ2 = ℎ1

12. CÁMARAS DE MEZCLADO

13. INTERCAMBIADORES DE CALOR
• Un fluido corre por el tubo interno mientras otro lo hace en el
espacio anular entre ambos tubos. El calor se transfiere del fluido
caliente al frío a través de la pared que los separa.
• ሶ
𝑄 ≠ 0
• ሶ
𝑊 = 0
• ∆𝐸𝑝 ≅ 0 ; ∆𝑒𝑐 ≅ 0

14. FLUJO EN TUBERÍAS Y DUCTOS
• En condiciones normales de operación, la cantidad de calor que gana o
• pierde el fluido puede ser muy significativa, en particular si la longitud
de la tubería o ducto es grande.

15. ANÁLISIS DE PROCESOS DE FLUJO NO
ESTACIONARIO