rezumen cap 7 de smith

1. RESUMEN
DEL CAP. 7
TERMODINÁMICA II PARA LA ING. QUÍMICA
APLICACIONES
DE LA TERMODINÁMICA A LOS PROCESOS DE
FLUJO
Presentado por: Chaiña Tapia Giancarlos Giordan

2. Introducción
• En este capítulo se examina la aplicación de los
balances de masa, energía y entropía a procesos
específicos en la termodinámica del flujo. Estas
balanzas se basan en los principios desarrollados en
los capítulos 2 y 5. La mecánica de fluidos es una
disciplina fundamental en el estudio de los flujos, que
no solo abarca los equilibrios termodinámicos, sino
también el principio del impulso lineal (segunda ley de
Newton) , lo que la convierte en un campo de estudio
amplio.
• La diferencia entre los problemas termodinámicos y los
problemas de mecánica de fluidos radica en si se
necesita el principio del impulso para su solución. Los
problemas que se resuelven únicamente mediante la
conservación de la masa y las leyes termodinámicas
se tratan en cursos de termodinámica y se apartan del
estudio de la mecánica de fluidos.

3. APLICACIONES
DE LA
TERMODINÁMIC
A A LOS
PROCESOS DE
FLUJO
7.3
7.2
7.3
Flujo en conductos de
fluidos compresibles
Turbinas (expansores)
Procesos de compresión

4. 7.1 FLUJO EN CONDUCTOS DE
FLUIDOS COMPRESIBLES
4
• En algunos problemas, como la elección del tamaño de las tuberías y la forma
de las toberas, se requiere aplicar el principio del impulso de la mecánica de
fluidos, lo que está fuera del alcance de la termodinámica. Sin embargo, la
termodinámica proporciona ecuaciones que relacionan los cambios en la
presión, velocidad, área de la sección transversal, entalpía, entropía y volumen
específico de un flujo unidimensional, estacionario, adiabático de un fluido
compresible sin trabajo de flecha ni cambios en la energía. potencial. En este
contexto, primero se derivan las ecuaciones termodinámicas relevantes y luego
se aplican al flujo en tuberías y toberas.

5. 7.1 FLUJO EN CONDUCTOS DE
FLUIDOS COMPRESIBLES
5
Ecuaciones del balance

6. Flujo en tuberías 6
Para un flujo subsónico, M2 < , por lo tanto todos los términos de los lados derechos de estas ecuaciones son positivos; y
• En el caso de un flujo adiabático en estado estacionario de fluidos compresibles, en una tubería
horizontal de área de sección transversal constante, dA/dx = 0 y las ecuaciones
• Para un flujo subsónico, M2 < , por lo tanto todos los términos de los lados derechos de estas
ecuaciones son positivos; y.
• Las ecuaciones para el flujo en la tubería indican que cuando éste es supersónico, la presión aumenta
y la velocidad disminuye en la dirección del flujo.

7. Toberas 7
• La relación entre la longitud y el área de sección transversal de la tobera no es
susceptible al análisis termodinámico, sino que es un problema de la mecánica de
fluidos. En una tobera bien diseñada, el área cambia con la longitud, de tal manera
que el fluido casi no tiene fricción.
Las características del flujo dependen de si es subsónico (M < ) o supersónico (M > ). En la tabla:

8. Toberas 8
• La rapidez del sonido se logra en la garganta de una tobera convergente/divergente
sólo cuando la presión en la garganta es bastante baja para alcanzar el valor crítico
de P2/P1
Tobera convergente/divergente

9. Toberas 9
• La integración, con las condiciones de entrada y salida de la tobera
se puede resolver para la relación de presiones P2/P para la que u2 llega
a la rapidez del sonido
La derivada se encuentra por diferenciación con respecto a
V de PV γ = constante:

10. 10
Procesos de estrangulamiento
Cuando un fluido pasa por una restricción, como un orificio, una
válvula cerrada parcialmente o un tapón poroso, sin ningún cambio
apreciable en la energía cinética o potencial, el principal resultado
del proceso es una caída de presión en el fluido. Este proceso de
estrangulamiento no produce trabajo de flecha y, en ausencia de
transferencia de calor, la ecuación

11. 11
TURBINAS (EXPANSORES)
La expansión de un gas en una tobera para producir una
corriente de alta velocidad es un proceso que convierte la
energía interna en energía cinética, la cual se convierte en
trabajo de flecha cuando la corriente golpea en las aspas de
una flecha giratoria.
las ecuaciones
Ya que el proceso es adiabático, las irreversibilidades
ocasionan un aumento en la entropía del fluido, y la
trayectoria se dirige hacia entropía creciente. Cuanto más
irreversible sea el proceso, el punto 2 se encontrará más a
la derecha sobre la isobara para P2 y será menor la
eficiencia η del proceso

12. 12
PROCESOS DE COMPRESIÓN
Compresores
La compresión de los gases se logra en
equipos con aspas giratorias (como una
turbina que funciona a la inversa) o en
cilindros con pistones oscilantes.
En general, las eficiencias del compresor se
encuentran en el intervalo de 0.7 a 0.8.
Proceso de compresión adiabática

13. 13
BOMBAS
Por lo general es posible mover líquidos usando bombas, que normalmente son equipo
giratorio. Se aplican las mismas ecuaciones a bombas adiabáticas que a compresores
adiabáticos
Para un proceso isentrópico

14. 14
GRACIAS POR
SU ATENCIÓN