Estado
termodinámico
Está definido por los valores que
toman las variables de estado, presión, volumen
específico, temperatura, entalpía y
entropía. Normalmente sabiendo el valor de 2 de ellas, se
puede conocer el valor que tienen las otras, es decir se puede
conocer el estado termodinámico. Con solo cambiar de valor
una de ellas, la otras deben cambiar de valor. Es decir con solo
variar una variable se producirá un cambio de
estado.
Conservación de la
energía.
La variación en la energía de
un sistema tiene el mismo valor que la transferencia neta
(lo que entra menos lo que sale) de energía a dicho
sistema.
1 PPIO genérico:
La energía del sistema en un
instante 2 es del mismo valor que la que tenia en un instante
anterior 1 MAS el calor en sentido entrante (Qneto
ent) MENOS el trabajo en sentido saliente
del sistema (Wneto
saliente).
Poner ecuación de 2 bis bis
atrás
Siendo en esta ecuación:
El trabajo invertido en vencer resistencias
pasivas es la energía perdida: Wperdidas La energía
del sistema dedicada a vencer los esfuerzos viscosos laminares se
transforman en calor que queda en el sistema (Qent
int).
El trabajo de presión, es la
energía que se ha de emplear para mantener la
presión que el fluido externo al sistema ejerce sobre la
masa del sistema en estudio. En caso de sistemas cerrados es
cero, pues no tiene contacto con el exterior.
Con las anteriores expresiones podemos
tener que para un sistema cerrado:
Haciendo diversos cambios en la anterior
expresión, obtenemos las siguientes.
1 ppio: sistm cerrado:
En estos sistemas el trabajo neto saliente
del sistema es la integral p dv. Este está invertido en:
Wroz viscoso y W eje/tec. Y este último es igual al Wutil
más el W de perdidas en resistencias pasivas.
Expresión 1: De la ecuación
genérica, aplicada a un sistema cerrado, sabiendo que la
parte de la energía que el sistema desarrolla (integral p
dv) se invierte en parte en vencer los esfuerzos viscosos y que
ello genera un calor por rozamiento de igual valor que
entra en el sistema llamado calor interno, ambos se anulan
y tendremos que: la energía interna en estado 2=U1 mas el
calor neto entrante (Qneto ent ext)
menos el trabajo técnico. El anterior calor normalmente no
tiene calor cedido por el sistema y se queda la componente
entrante exterior (Qent
ext)
Expresión 2: tenemos en esta
expresión para poder calcular las transformaciones
termodinámicas el trabajo tecnico es igual al que el
sistema hace menos el de rozamiento viscoso. Entonces la
variación de energía interna es igual al calor que
viene del exterior del sistema (Qent
ext) menos el trabajo realizado por el
sistema (integral p dv, Wneto
saliente) mas el trabajo de rozamiento
viscoso.
1 ppio sistema abierto:
El trabajo realizado por el sistema tiene
ahora un nuevo componente=el trabajo de presión o de
flujo. Usando la expresión genérica,
tenemos:
La energía del sistema tiene las
siguientes formas: interna, de presión, cinética y
potencial. El trabajo de presión y la energía
interna conforman la entalpía.
Expresión 1: Calor neto entrante
(Qneto ent = Qent
ext+Qsal ext
+Qent int=Qneto
ent ext+ Qent
int) menos el W eje/tec menos el trabajo
viscoso = la variación de entalpía mas la
variación de e cinet mas la de potencial
gravitatoria.
En esta expresión qent, es el calor
neto entrante.
Expresión 2: calor neto entrante
exterior menos W eje/tec = a la variación de
entalpía mas la variación de e cinética mas
la de potencial gravitatoria. La e potencial se
desprecia.
Donde este calor es el neto entrante del
exterior del sistema: Qneto ent ext,
dado que el calor interno y el trabajo de roz viscoso se anulan
entre si al tener el mismo valor. Si el sistema no cede calor,
como ya se ha dicho este término puede ser el Qent
ext.
Aplicada esta ecuación de sistema
abierto para una turbina, vemos el trabajo es energía que
saco de la energía térmica (entalpía=
energía interna térmica y de presión) y de
la energía cinética.
Tendremos mas trabajo en el eje a base de
reducir al máximo h2 ( teniendo mucha expansión) y
reduciendo C2 (velocidad absoluta de la vena fluida).
Expresión
del trabajo técnico desarrollado en un sistema abierto o
cerrado.
Diferenciado la ecuación del 1 ppio
y la entalpía obtenemos: 
Igualando con la expresión 2,
obtenemos que el W que un sistema abierto puede sacar al exterior
es = a la perdida (-?) de energía cinética menos la
integral v dp menos la energía perdida en ineficiencias
(resistencias pasivas). Ec 2,33.
Este trabajo útil se suele
identificar con el trabajo efectivo o el propio
técnico.
Luego el trabajo se obtiene de coger del
flujo energía q este tiene forma de velocidad y
presión. Si hay perdida de presión (dp<0, y
menos por menos es mas) y de energía cinética, se
obtiene trabajo en el eje. Si observamos la ecuación
anterior a esta, vemos que el trabajo
dependía de la entalpía y de la e. cinética,
es lógico pues entalpía está formada por
energía interna y presión, luego ambas expresiones
dicen lo mismo.
FUERZA Y
PAR
El flujo por llevar velocidad se llama
cantidad de movimiento. La variación de esta magnitud
vectorial, en modulo o en dirección solamente, necesita
que al flujo se le aplique una fuerza. Esta es hecha por un
elemento que desvía el flujo, la fuerza es la misma que el
fluido ejerce sobre dicho elemento, según 2 Ley Newton.
Según el TTR, las fuerzas aplicadas a un flujo se
invierten en cambiar la cantidad de movimiento y en soportar la
presión del fluido externo al VC.
Lo que nos interesa es tener un par en el
eje. Según teoría de momentos, el momento sobre un
eje es la proyección del momento de cada fuerza calculado
respecto cualquier punto de del eje, pues vale lo mismo. Por esta
teoría resulta que solo la componente tangencial de las
fuerzas contribuye al valor del momento sobre el eje. Por lo que
el par total sobre el eje solo se calcula con las componentes
tangenciales. Como la velocidad interviene en el cálculo,
solo su parte tangencial nos interesa. Por otro lado las
fuerzas de presión no generan pares sobre el
eje, luego tendremos que el par neto sobre el eje es:
DERRAME
Usando la segunda expresión del 1
ppio y la encontrada de trabajo para un sistema abierto,
tenemos:
Las ecuaciones son normalmente en Jul/kg,
energía por unidad de masa, si se multiplica por el caudal
másico (kg/sg), obtenemos potencia o flujo de
energía( jul/sg).
-Tubería. En ella debido a la
conservación de la masa, C1=C2, el rozamiento de las
resistencias pasiva, hace que haya una perdida de presión,
es decir un dp negativo. Si hay una entrada de calor,
habrá un aumento de entalpía, sin importar en ello
si hay o no rozamientos, es decir los rozamientos no influyen en
la entalpía.(de momento).
Derrames adiabáticos: Wt=0, q=0, o
isoentropico. Conversión entre energía
cinética y energía potencial de
flujo(entalpía)
-Tobera= elemento donde la velocidad del
fluido aumenta, destrucción de energía
potencial.
-Difusor=elemento donde el fluido se frena,
debido a su forma y no a perdidas por rozamiento.
2 PPIO
TERMODINAMICA
Cuando en un proceso termodinámico
existen irreversibilidades, se puede medir su importancia, con
una variable de estado llamada entropía. Estas son
fenómenos como:
• Que haya resistencias
pasivas.
• Q en un trasferencia de calor entre
dos sistemas sus temperaturas no sean
infinitesimalmente iguales.
• Que los procesos no sean
cuasiestáticos.
Mide por tanto la destrucción de
exergía, dado que en un proceso de transferencia en
el que los focos de calor tengan una diferencia de
temperatura infinitesimal, no se destruye exergía. Y la
diferencia del valor de entropía entre sus estado inicial
y final es cero.
EL PRESENTE TEXTO ES SOLO UNA SELECCION DEL TRABAJO
ORIGINAL.
PARA CONSULTAR LA MONOGRAFIA COMPLETA SELECCIONAR LA OPCION
DESCARGAR DEL MENU SUPERIOR.