Dispositivos De Ingeniería De Flujo Permanente

TEMA # 4 : PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA. PARTE II.

Introducción
Principio de Conservación de la Masa
Trabajo de fujo
Energía total de un fluido en movimiento
Primera Ley de la Termodinámica para un Volumen de Control
permanente Aplicaciones
- Flujo permanente. Aplicaciones
EIM -LUZ / 2011

Unidad deTermoFluidoDinámica
Departamento de Energía

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INTRODUCCIÓN

La primera leyde la termodinámica resulta de observaciones
experimentales para sistemas cerrados. Sin embargo, existen en
ingeniería muchas aplicaciones en las que intervienen sistemas
abiertos en los que la masa entra y sale de una región del espacio.
Es necesario entonces un análisis más general de balance de
energía, que considere la energía transportada por la masa entrante
o saliente del sistema.EIM -LUZ / 2011

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PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
Flujo másico (ṁ): Cantidad de masa que atraviesa una sección
transversal por unidad de tiempo.
Utilizando un elemento diferencial
de área por el que atraviesa una
cantidad de masa infinitesimal por
unidad de tiempo

Integrando

¿Cómo evaluar densidad y velocidad?Superficie de control
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PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
Considerando a la densidad constante y que la masa atraviesa el dominio con
una velocidad promedio.

&
me = ρVelAc

[kg/s]

[lbm/s]

Flujo volumétrico (V): Volumen que atraviesa
una sección transversal por unidad de tiempo.

&V
V=
t

EIM -LUZ /2007 - IP

[m³/s]

Vel

Sección Transversal

[pie³/s]

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PRINCIPIO DE CONSERVACIÓN DE LA MASA
Principio de Conservación de la Masa:
Flujo másico que
entra al volumen
de control

&
me

Flujo másico que
sale al volumen
de control

d
&
ms = (mvc )
dt

&
me

-¿Qué pasa si hay más de una entrada o
salida demasa?

Rapidez del cambio de la
masa con respecto al
masa con respecto al
tiempo dentro del volumen
de control
Volumen de
control

d
(mvc )
dt

&
ms

- ¿Qué pasa sI el proceso es de flujo
estacionario?

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TRABAJO DE FLUJO
Es necesario aplicar trabajo para que una masa entre al volumen de control.
Seproduce trabajo cuando una masa sale del volumen de control.
El
El trabajo asociado con la entrada y salida de masa del volumen de control es
el trabajo de flujo.

W flujo = FL
= PAL = PV
[kJ]
W flujo = PV

[BTU ó lbf.pie]

Expresándolo por unidad de masa

w flujo = Pv

[kJ/kg] [BTU/lbm ó lbf.pie/lbm]

Es necesario considerar este trabajo
como término adicional a la energía delfluido en movimiento.
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ENERGÍA TOTAL DE UN FLUIDO EN MOVIMIENTO
Es necesario considerar al trabajo de flujo como un término adicional a la
energía del fluido en movimiento.
Nota:
Factores de Conversión
1 kJ/kg = 1000 m²/s²
1 BTU/lbm = 25037 pie²/s²

e = ec + ep + u + wflujo
= ec + ep + u + Pv
= ec + ep + hec ep
e

= Vel²/2 + gz + h

[kJ/kg] [BTU/lbm]

Energía por unidad de
masa de un fluido en
movimiento

Para fluidos en movimiento es más útil determinar la tasa de energía
transportada por la masa en movimiento.
Volumen de
control
control

Ėmasa = ṁe
Ėmasa = ṁ (h + Vel²/2 + gz)

[kW] [BTU/s ó hp]

e

e

Energía transportada por la masa por
transportada por la masa porunidad de tempo para cada entrada o salida
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PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
PARA UN VOLUMEN DE CONTROL
UN VOLUMEN DE CONTROL
Tasa de
transferencia de
energía neta de
entrada por calor,
trabajo y masa

Tasa de
transferencia de
transferencia de
energía neta de
salida por calor,
trabajo y masa

&...