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• Ronaldo Torres Casas

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Curso: Termodinámica

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica

Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Curso: Termodinámica

Competencia Evaluar los cambios energéticos de los procesos en un sistema o volumen de control utilizando la Primera Ley de la Termodinámica.

Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica

Primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos Volumen de control o sistema abierto Es cualquier región que se someterá a un estudio Termodinámico, con fronteras reales o imaginarias que los separan de los alrededores y que puede intercambiar energía y masa con los alrededores. Se llama flujo estacionario cuando no hay variación de masa y la energía total en el sistema es constante.

Q W En condiciones de flujo estable, las propiedades del fluido en una entrada o salida permanecen constantes. Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica

Primera ley de la termodinámica en sistemas abiertos con flujo estacionario

 v2   v2  Q− W =  m h + + g* z  −  m h + + g* z  2 2 salida   entrada   2 2   v 2 − v1 Q VC − WVC = ΔH Q− W = m* h 2 − h1 + + g* (z 2 − z1 ) 2   Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica

Toberas Es un dispositivo que convierte la energía térmica y de presión de un fluido en energía cinética. Como tal, es utilizado en turbomáquinas y otras máquinas, como inyectores, surtidores, propulsión a chorro, etc. El fluido sufre un aumento de velocidad a medida que la sección de la tobera va disminuyendo, por lo que sufre también una disminución de presión y temperatura al conservarse la energía. El área de la sección transversal de una tobera disminuye en la dirección del flujo en el caso de fluidos subsónicos y aumenta cuando se trata de fluidos supersónicos.

Δh+ΔE k =0

Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica

Difusor Un difusor es un dispositivo que aumenta la presión de un fluido que se desacelera en la dirección del flujo. Es una tobera inversa por lo tanto el área de entrada es menor que el área de salida y por consiguiente la velocidad se disminuye dentro del difusor. La transferencia de calor es muy pequeña y despreciable, por esto se consideran como adiabáticos. Debido a los cambios que hay en la velocidad el cambio en la energía cinética es bastante apreciable y como el fluido experimenta poco o ningún cambio en la elevación la energía potencial es despreciable.

Δh+ΔE k =0

Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica 1

A una tobera aceleradora entra vapor de agua de una manera estacionaria a 5 MPa y 400 °C, con una velocidad de 80 m/s y sale a 2 MPa y 300 °C. El área de entrada de la tobera es 50 cm2 y la tobera pierde calor a la tasa de 120 kJ/s. determine el flujo de masa de vapor de agua, la velocidad de ese vapor a la salida y el área de salida de la tobera.

2

En una tubería que transporta vapor de agua de 500 psia y 1000 °F a una velocidad de 10 pies/s se coloca a una tubería que lo acelera, midiendo a la salida una temperatura de 300 °F y a una presión de 14.7 psia. Cual será la velocidad de descarga de la tobera.

3

A un difusor adiabático entra aire a 80 kPa y 127 °C, a flujo constante de 6000 kg/h y sale a 100 kPa. La velocidad de aire de 230 a 30 m/s al pasar por el difusor. Calcule la temperatura del aire a la salida y el área de salida del difusor. Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica

Turbinas Dispositivo en el que se produce trabajo como resultado del paso de un gas o vapor a través de alabes que giran. Se utilizan en: Plantas de potencia de vapor, gas o hidroeléctricas, Centrales de vapor (térmicas y nucleares), Centrales de turbina de gas, Motores de aviación. Un vapor sobrecalentado o gas entra a la turbina y se expande hasta una presión menor de salida → Se produce Trabajo.

WVC Δh = − m

WVC =m* ( h1 -h 2 ) >0 Prof. Segundo A. Vásquez Llanos

Aplicación de la Primera Ley de la Termodinámica

Compresores Dispositivo utilizado para elevar la presión de los gases.

P2 >P1 WVC Δh = − m WVC =m* ( h1 -h 2 )