CAPITULO_5 TERMODINAMICA

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CAPITULO 5 
ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA DE VOLUMENES DE CONTROL 
Alexandra Arroyo, Andrea Reyes, Daniel Bolívar, Diana Vera, Ivana Guarín, Jhan Blanco.
CONSERVACIÓN DE LA MASA
La masa y la energía pueden convertirse entre sí, así lo demuestra la siguiente formula:
Flujos másico y volumétrico 
El flujo másico y volumétrico se relacionan así: 
PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
Transferencia neta de masa hacia o desde el volumen de control durante un intervalo de tiempo t es igual al cambio neto (incremento o disminución) en la masa total dentro del volumen de control durante t
La masa total dentro del volumen de control en cualquier momento se puede determinar cómo: 
BALANCE DE MASA PARA FLUJO ESTACIONARIO 
BALANCE DE MASA PARA FLUJO INCOMPRESIBLE
TRABAJO DE FLUJO Y ENERGÍA DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO
A diferencia de los sistemas cerrados, en los volúmenes de control hay flujo de masa a través de sus fronteras, y se requiere trabajo para introducirla o sacarla del volumen de control. Este trabajo es el trabajo de flujo o energía de flujo.
A diferencia de otras formas de trabajo, el trabajo de flujo se expresa en términos de propiedades. Esta es el producto de dos propiedades del fluido; por esta razón algunos lo consideran como una propiedad de combinación (como la entalpía).
Energía total de un fluido en movimiento 
Energía transportada por la masa
ANÁLISIS DE ENERGÍA DE SISTEMAS DE FLUJO ESTACIONARIO
proceso durante el cual un fluido fluye de manera estacionaria por un volumen de control. Es decir, las propiedades del fluido pueden cambiar de un punto a otro dentro del volumen de control, pero en cualquier punto permanecen constantes durante todo el proceso.
Flujo Estacionario 
El trabajo de frontera es cero para sistemas de flujo estacionario, y la masa total o energía que entra al volumen de control debe ser igual a la masa total o energía que sale de él
Las propiedades del fluido en una entrada o salida permanecen constantes
El cambio en la energía total del volumen de control es cero (EVC 0).
Las propiedades del fluido en una entrada o salida permanecen constantes (no cambian con el tiempo).
Balance de Energía 
Para dispositivos de una sola corriente:
Balance de Energía por unidad de masa
Cambios insignificantes en sus energías cinética y potencial, se reduce a: 
En las aplicaciones de ingeniería, mezclar dos corrientes de fluido no es raro. La sección donde el proceso de mezclado tiene lugar se conoce como cámara de mezclado
Principio de conservación de la masa
Las válvulas de estrangulamiento son dispositivos de diferentes tipos que restringen el flujo de un fluido provocando una caída relevante de presión
ALGUNOS DISPOSITIVOS INGENIERILES 
DE FLUJO ESTACIONARIO
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
1 Toberas y difusores:
4a Cámaras de mezclado:
3 Válvulas de estrangulamiento:
Como su nombre indica, los intercambiadores de calor son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclado.
4b Intercambiadores de calor:
En las centrales eléctricas de vapor, gas o en hidroeléctricas, el dispositivo que impulsa al generador eléctrico es la turbina. los compresores son dispositivos que se utilizan para incrementar la presión de un fluido.
2 Turbinas y compresores:
Energía interna + energía de flujo = Constante
El flujo por una tubería o ducto comúnmente satisface las condiciones de flujo estacionario, de manera que se puede analizar como un proceso de flujo estacionario.
5 Flujo en tuberías y ductos:
Flujo estacionario:
Flujo no estacionario y flujo transitorio:
-Son fijos en el espacio, tamaño y forma.
-No cambia el volumen de control.
-No hay que preocuparse de lo que sucede dentro de las fronteras
-No son fijos en el espacio, tamaño ni forma.
-Cambia el volumen de control.
-Hay que estar al tanto de masa y energía de volumen de control, de las interacciones de energía a través de frontera
Balance de masa:
Cambio de masa el sistema para volumenes de control:
Balance de energía para un Sistema de flujo uniforme:
)-()=
(
Entrada neta de calor:
Q=
Salida neta de trabajo:
W=
Ejercicio 5-14
Consideraciones 
Una bomba aumenta la presión del agua de 70 kPa en la succión, hasta 700 kPa en la descarga. El agua llega a ella a 15 °C, pasando por una abertura de 1 cm de diámetro, y sale por una abertura de 1.5 cm de diámetro. Determine la velocidad del agua en la succión y la descarga, cuando el flujo másico por la bomba es 0.5 kg/s. ¿Cambiarán mucho esas velocidades si la temperatura en la succión aumenta hasta 40 °C?
Por el principio de conservación de masa, los dos estados tendrán el mismo flujo másico y el mismo volumen especifico
También tendrán la misma temperatura, ya que no hay ninguna entrada de calor que cambie esto,
Estado 1 
Estado 2 
Ecuación de relación del flujo másico 
Se despeja para hallar la velocidad
Ejercicio 5-14
Gracias a los datos que tenemos podemos buscar su volumen especifico en la tabla A-4 en donde
Calculamos el área para ambas secciones
Se reemplazan los datos en la ecuación
Para hallar la otra velocidad, podemos usar la ecuación de continuidad que nos relaciona dos puntos
Cuando la temperatura aumenta a 40 °C, las velocidades son las siguientes.
Las velocidades no varían mucho
Ejercicio 5-54
Consideraciones 
A una turbina adiabática entra gas de argón a 1 600 kPay 450 °C, con una velocidad constante de 55 m/s, y sale a 150kPa con una velocidad de 150 m/s. El área de entrada de laturbina es 60 cm2. Si la potencia producida por la turbina es90 kW, determine la temperatura de salida del argón
Procedimiento 
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