analisis de masa y energia para volumen de control
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8/15/2019 Analisis de Masa y Energia Para Volumen de Control
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ANALISIS DE MASA Y
ENERGIAPARA VOLUMEN DE
CONTROL
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objetivos• Desarrollar el principio de conservación de la masa.
• Aplicar el principio de conservación de la masa a varios sistemas,
para volúmenes estacionario.
• Aplicar la primera ley de la termodinámica como la declaración del
principio de conservación de la energía para volúmenes de
control.
• Identificar la energía transportada por una corriente de fluido que
cruza una superficie de control como la suma de la energía
interna, el traa!o de flu!o, la energía cin"tica y la energía potencial
del fluido y para relacionar la cominación de la energía interna yel traa!o de flu!o a la entalpía de propiedad.
• #esolver prolemas de equilirio energ"tico de los dispositivos de
flu!o constante comunes, tales como toeras, compresores,
turinas, válvulas de estrangulamiento, mezcladoras, calentadorese intercamiadores de calor.
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CONSERVACIÓN DE LA MASA
%a masa se conserva incluso durante las reacciones químicas
Conservacin !e "a masa& %a 'asa, como la energía, es unapropiedad que se conserva, y no puede ser creada ni destruida
durante un proceso.
Los sistemas cerrados& %a masa del sistema se mantienenconstantes durante un proceso.
Volúmenes de control& 'asa puede cruzar las fronteras, por lo que
dee mantener un registro de la cantidad de masa que entra y salendel volumen de control..
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(
#LU$O MASICO Y CAUDAL)audal*lu!o masico
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%a"ance !e &asa 'ara 'rocesos !e (")joestacionario
la transferencia neta de masa hacia o desde el volumende 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 Δt
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%a"ance !e &asa 'ara 'rocesos !e (")joestacionarioDurante un proceso de flu!o constante, la cantidad total de masa contenida
dentro de un volumen de control no camia con el tiempo (m )- constante/.
el principio de conservación de la masa requiere que la cantidad total de masaque ingresa al volumen de control es igual a la cantidad total de masa que la
aandona
0ara procesos de flu!o estale. 1l interes
esta referido a la cantidad de masa por
unidad de tiempo, es decir el flu!o masico
'ultiples
entradas y
salidas
oloun flu!o
'uc3os dispositivos de ingenieria tales
como toeras, difusores, turinas y
compresores y omas involucran un soloflu!osuc3 as nozzles, diffusers, turines,
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Caso es'ecia"* #")jo inco&'resib"elas relaciones de %a conservación de masa se puede simplificar aún
más cuando el fluido es incompresile, que es generalmente el caso
para líquidos.
Incompresile
estale
6n solo flu!oincompresile
7o e8iste tal cosa como principio de conservacion
del volumen
in emargo, para un flu!o estale de líquidos, los
caudales, así como los flu!os masicos, se
mantienen constantes desde líquidos son
sustancias esencialmente incompresiles..
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Ener+ia tota" !e )n (")jo !e (")i!o
h = u + Pv
%a energía en flu!o
considera
automáticamente la
entalpía. De 3ec3o,esta es la principal
razón para la
definición de la
propiedad entalpía.
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Ener+ia trans'orta!a 'or "a &asa
)uando las energias cinetica y potencial
de un flu!o de fluidos son despreciales
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ANALISIS DE ENERGIA DE SISTEMAS DEESTADO ESTA%LE
'uc3os sistemas de ingenieria tales
como las plantas de potencia
operan en estado estale.
1n condiciones de estado estale, el
contenido de materia y energía de unvolumen de control se mantienen constantes.
1n condiciones de estado
estale, las propiedades de los
fluidos en una entrada o salida
se mantienen constantes 4no
camian con el tiempo/.
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A"+)nos !is'ositivos !e INGENIER.A DE#LU$O ESTACIONARIO'uc3os dispositivos de ingeniería operan esencialmente en las mismas
condiciones durante largos períodos de tiempo. %os componentes de una
central de vapor 4turinas, intercamiadores de calor, y omas/, por e!emplo,operar sin parar durante meses antes de la instalación se detenga por
mantenimiento. 0or lo tanto, estos dispositivos pueden ser convenientemente
analizados como dispositivos de flu!o estale.
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Toberas , !i()sores %as toeras y los difusores estánconformados de manera que causan
grandes camios en las velocidades
del fluido y por lo tanto las energías
cin"ticas.%as oquillas y los difusores se
utilizan comúnmente en los motores a
reacción, co3etes, naves espaciales,
e incluso las mangueras de !ardín.
6na tobera es un dispositivo queincrementa la velocidad del fluido a
e8pensas de la presion 6n !i()sor es un dispositivo queincrementa la presion disminuyendo
la velocidad.
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T)rbinas ,Co&'resores
T)rbina mueve el generador el"ctrico en elvapor de agua, gas o centrales
3idroel"ctricas.
A medida que el fluido pasa a trav"s de laturina, el traa!o se realiza en contra de las
alaes , que se unen al e!e. )omo resultado,
el e!e gira, y la turina produce traa!o.
Co&'resores/ así como bo&bas ,
venti"a!ores/ son dispositivos usados paraaumentar la presión de un fluido. 1l traa!o se
suministra a estos dispositivos desde una
fuente e8terna a trav"s de un e!e de rotación.
Un venti"a!or aumenta la presión de un gasligeramente y se utiliza principalmente para
movilizar a un gas
Un co&'resor es capaz de comprimir el gasa presiones muy altas.
Una bo&ba traa!a como los compresores,e8cepto que mane!an líquidos en lugar de los
gases.
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Va"v)"a !eestra+)"a&iento V0"v)"as !e estran+)"a&iento
son cualquier tipo de dispositivos de restricción de flujo que
causan una caída de presión significativa en el fluido.
=alance de
energia
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c0&aras !e &e1c"a1n aplicaciones de ingeniería, la
sección en la que se lleva a cao el
proceso de mezcla comúnmente seconoce como )na cámara de mezcla.
=alance de energia
=alance de masa
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Interca&bia!ores !e ca"or on dispositivos donde dos flu!os de fluidos intercamian calor sin mezclarse.
%os intercamiadores de calor son ampliamente en diversas industrias y tienen
un amplia variadad de dise>os
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S)&ario• )onservación de la masa
*lu!o masico y caudal =alance de masa para un proceso de flu!o estale =alance de masa para el flu!o incompresile
• 1nergy of a flo?ing fluid 1nergia transportada por la masa
• Análisis energ"tico de los sistemas de flu!oestale
• Algunos dispositivos de ingeniería de flu!oconstante @oeras y difusores
@urinas y compresores -alvulas de estrangulamiento )amaras de mezcla e intercamiadores de calor *lu!o en tuerias