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BALANCE DE ENERGIA PARA SISTEMAS DE FLUJO ESTABLE

Un gran número de dispositivos de ingeniería como turbinas, comprensores y tobera funcionan durante largos periodos bajo las mismas condiciones, una vez que el transitorio periodo inicial ha finalizado y la operación estable se establece; se trata de dispositivos de flujo estable. Los procesos que involucran tales dispositivos puedenrepresentarse por medio de un proceso algo idealizado, denominado el proceso flujo estable, que se definió en el capítulo 1 como un proceso durante el cual un fluido circula a través de un volumen de control de manera estable. Es decir, las propiedades del fluido pueden cambiar de un punto a otro dentro del volumen de control, pero en cualquier punto permanecerán constantes durante todo el proceso(recuerde, estable significa sin cambio en el cuerpo).
Durante un proceso de fluido estable ninguna propiedad intensiva o extensiva dentro del volumen de control cambia con el tiempo. De modo que el volumen V1 la masa m y el contenido total de energía E del volumen de control permanecen contantes durante un proceso de flujo estable (figura 4.22).

Como resultado , el trabajo de frontera escero en sistemas de flujo estable (puesto que Vvc=constante) y la masa total de energía que entra al volumen debe ser igual ala masa total o energía que sale de él (puesto que mvc = constante y Evc = constante). Estas observaciones simplifican considerablemente el análisis.
Las propiedades del fluido en la entrada y en la salida permanecen constantes durante un proceso con flujo estable. Noobstante, las propiedades pueden ser diferentes en distintas entradas y salidas. Incluso puede variar a través de la sección transversal de una entrada o de una salida. Pero todas las propiedades, incluso la velocidad y la elevación, deben permanecer constantes con el tiempo en punto fijo en una entrada o salida. La conclusión es que la tasa de flujo másico del fluido en una apertura permanececonstante un proceso de flujo estable (figura 4.23).

Como una simplificación adicional: las propiedades del fluido en una abertura suelen considerarse uniformes (en algún valor promedio) a través de la sección transversal. Así, las propiedades del fluido en una entrada o salida pueden especificarse mediante los valores individuales promedio. Las interacciones de calor y de trabajo entre unsistema de flujo estable y sus alrededores no cambian con el tiempo. De modo que la potencia libera por un sistemas la tasa de transferencia de calor hacia o desde un sistema permanecen constantes durante un proceso de flujo estable.
Es posible expresar de manera general el balance de masa para un sistema de flujo estable en forma de tasa como (véase capitulo 3).
Balance de masa para un sistemadel flujo estable: mentra = msale (kg/s)
También puede expresarse, para un sistema de flujo estable con entradas y salidas múltiples, de una manera más explícita como (figura 4.24)

Entrada y salidas múltiples: Σme = Σms = (Kg/s)
Donde el subíndice e representa la entrada y s representa la salida, y los signos de sumatoria se emplean para enfatizar que todas lasentradas y salidas deben considerarse.
La mayoría de los dispositivos de ingeniería como las toberas, los difusores, las turbinas, los comprensores y las bombas presentan una corriente única ( una entrada y una salida solamente). Para estos casos, denotamos el estadio en la entrada con el subíndice 1 y el estado en la salida con el subíndice 2, y se eliminan los signos de sumatoria. Entonces elbalance de masa para un sistema con flujo estable y una sola corriente es:
Una entrada y una salida: m1 = m2 o p1 V1 A1 = P1V1 A1 = p2 V2 A2
Donde p es la densidad, V es la velocidad promedio de flujo en la dirección del flujo y A es el área de la sección transversal normal a la dirección de flujo.

BALANCE DE ENERGIA PARA SISTEMAS DE FLUJO ESTABLE
Durante un proceso de...