INTRODUCCIÓN:
En este capítulo veremos…..desde sistemas cerrados hasta sistemas abiertos…pasando por teoría de válvulas e interpretaciones de v dP.
Turbo Compresor de un motor a Petróleo Diesel
Turbina de Vapor del Lab. Energìa PUCP-
Ejemplo de sistemas abiertos.
INDICE
INTRODUCCION
11.1 Primera Ley de Termodinámica –
Sistemas Abiertos o Volúmenes de Control
11.2 Máquinas que trabajan con sistemas
abiertos
11.3Ecuación de Continuidad
11.4 Primera Ley Sistemas abiertos
11.5Sistemas Abiertos Uniformes.
Problemas
La energía suministrada al sistema es igual al cambio de energía en el sistema más la energía evacuada del sistema.
10.1 PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA
Sistema Abiertos o Volumen de Control VC
“LA ENERGIA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO SE TRANSFORMA”. (PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES)
En este Capítulo veremos el caso cuando el E sistema es cero, que es en la mayoría de las máquinas que tienen sistemas abiertos, se llama Volumen de Control Estacionario o Permanente
Todo lo que entra es igual a lo que sale!!
Máquinas que trabajan con Sistemas Abiertos
SISTEMAS ABIERTOS:
–Bombas, calderas, turbinas, compresores, condensadores, válvulas.
Sistema de Refrigeración Industrial
Turbina a Vapor , 10 kW de Potencia
Turbina a gas – Motor de Helicóptero
Turbina a gas de 40 kW
10.2 Ecuación de Continuidad
Esta es una Turbina de avión, dónde estaría la Tobera ?
Para qué sirve en este caso ?
Si entra un flujo de masa de 5, cuánto de flujo de masa saldrá ?
10.3 VOLUMEN DE CONTROL ESTACIONARIO (PERMANENTE): FEES
Condiciones:
1. Volumen de control no se mueve. (no cambia)
2. Flujo que entra = Flujo que sale.
3. El cambio de energía en un VC es igual a cero. El estado en un VC cualquiera no varía con el tiempo o las condiciones de salida y entrada son constantes.
me = ms
.
.
Múltiples usos de las Toberas
De cada una de las figuras de estas páginas diga Ud. la utilidad de las toberas en cada caso.
www.menbers aol.com
www.menbers aol.com
www.tfd.chalmers.se
www.hikeytech.com
www.onera.fr
www.onera.fr
www.rollsroyce.com
www.tuyere-moteur-vulcain
www.istp.nasa.gov
10.4 Primera Ley Sistemas Abiertos Reversibles
Con estas ecuaciones debemos resolver todos los problemas de Sistemas Abiertos; en realidad solo son dos ecuaciones, pues cualquiera tercera será redundante
Entalpía (Dh)
a)Sustancias Puras:
CP no es constante, entonces la entalpía (h) se calcula de tablas.
b) Gases Ideales
Los valores del cp de cada sustancia varian con la temperatura, solamente son constantes si los consideramos como gases ideales.
En un ciclo, siempre la sumatoria de los trabajos (sea el que sea), sera igual a la sumatoria de los calores, e igual al área dentro de una CURVA P – V.
En el osciloscopio se puede ver la curva P v n, y luego calcular el área y por lo tanto el Trabajo de Cambio de volumen Wv
Coeficiente de Joule Thompson – Válvulas
COEFICIENTE DE JOULE THOMSON:
Curva de Inversión
Consideremos la situación de la figura mostrada. Por un conducto de área constante, fluye un gas real. Entre los puntos 1 y 2 se coloca una placa con un orificio, el cual causa una cierta caída de presión en la corriente. El proceso se denomina proceso de estrangulamiento, y si los cambios de energía cinética y potencial fueran despreciables, la ecuación de balance energético para flujo estacionario adiabático se reduciría a:
El proceso de estrangulación se presenta en las expansiones adiabáticas de los fluidos en las válvulas, cuando las energías cinéticas son despreciables tanto a la entrada como a la salida.
Si en el diagrama T-P, se traza la información experimental de los gases reales se obtiene un conjunto de curvas. El lugar geométrico de los máximos de las curvas de entalpía constante se denomina curva de inversión y el punto del máximo en cada curva se llama punto de inversión. La pendiente de una curva isoentálpica se denomina coeficiente de Joule Thomson: uj
La entalpía de un Gas Ideal es función de la temperatura solamente, de tal modo que una línea de entalpía constante, en un gas ideal, es también de temperatura constante.
Ejemplo SISTEMAS ABIERTOS:
Bomba:
Caldera:
Turbina:
Condensador:
CICLOS POSITIVOS (Máquinas Térmicas)
Se suministra calor para obtener trabajo. El resto de calor se evacua a una fuente de baja temperatura
Sabemos que:
Eficiencia Térmica:
QB (-) sale del sistema
QA (+) suministrado al sistema
Ejemplo: Central Térmica:
Sistemas Abiertos UNIFORMES – FEUS
Resumen de Primera Ley de Termodi-námica
PROBLEMAS-PRIMERA LEY PARA SISTEMAS Y CICLOS
1. El aire contenido en un recipiente se comprime mediante un pistón cuasiestáticamente. Se cumple durante la compresión la relación Pv1.25 = cte. La masa de aire es de 0.1kg y se encuentra inicialmente a 100kPa, 20°C y un volumen que es 8 veces el volumen final. Determinar el calor y el trabajo transferido. Considere el aire como gas ideal.
2. El dispositivo mostrado consta de un cilindro adiabático dividido en dos compartimientos (A y B) mediante una membrana rígida perfecta conductora de calor (en todo momento la temperatura de los compartimentos varía en la misma magnitud, es decir «TA=»TB). En A se tiene 0,2kg de Nitrógeno encerrado mediante un pistón adiabático, y en B se tiene 0.25kg de agua, inicialmente a 2.5kPa en un volumen de 0.8158m3. Durante el proceso el lado A es calentado por una resistencia eléctrica proporcionando 100kJ, y al B se transfiere calor (700kJ) hasta que el agua esté como Vapor Saturado. Si P0=100kPa y el cambio de volumen de A es 0.7m3, hallar:a)Calor intercambiado entre A y B. b)Trabajo de cambio de volumen realizado por el Nitrógeno. c)Trabajo técnico involucrado en el proceso.
4. Vapor a presión de 1.5MPa y 300°C, fluye en una tubería. Un recipiente inicialmente vacío se conecta a la tubería por medio de una válvula hasta que la presión es de 1.5MPa, luego se cierra la válvula. Despreciar los cambios de energía cinética y potencial, el proceso es adiabático. Determinar la temperatura final del vapor.
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