Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 5
Para empujar todo el elemento de fluido dentro del volumen de control, esta
fuerza debe actuar a lo largo de una distancia L. Así, el trabajo realizado al
empujar el elemento de fluido por la frontera (es decir, trabajo de flujo) es
W flujo FL PAL PV 1kJ2 (5-23)
F
A
P
El trabajo de flujo por unidad de masa se obtiene al dividir ambos lados de
esta ecuación entre la masa del elemento de fluido:
w flujo Pv 1kJ>kg2 (5-24)
La relación del trabajo de flujo es la misma si se empuja hacia dentro o hacia
fuera del volumen de control (Fig. 5-13).
Es interesante que, a diferencia de otras formas de trabajo, el trabajo de
flujo se exprese en términos de propiedades. De hecho, es el producto de dos
propiedades del fluido; por esta razón algunos lo consideran como una propiedad
de combinación (como la entalpía) y lo llaman energía de flujo, energía
de convección o energía de transportación en lugar de trabajo de flujo. Sin
embargo, otros argumentan debidamente que el producto PV representa energía
sólo para fluidos que fluyen, mientras que no representa ninguna forma de
energía para sistemas sin flujo (cerrados). Por lo tanto, se debe tratar como
trabajo. No es posible decir con certeza cuándo terminará esta controversia,
pero es reconfortante saber que ambos argumentos producen el mismo resultado
para la ecuación del balance de energía. En los apartados que siguen se
considera que la energía de flujo es parte de la energía de un fluido en movimiento,
ya que esto simplifica en gran medida el análisis de energía de volúmenes
de control.
Energía total de un fluido en movimiento
Como se explicó en el capítulo 2, la energía total de un sistema compresible
simple consiste en tres partes: energías interna, cinética y potencial (Fig. 5-14).
Por unidad de masa, ésta se expresa como
e u ec ep u V 2
2 gz 1kJ>kg2 (5-25)
donde V es la velocidad y z es la elevación del sistema en relación con algún
punto externo de referencia.
FIGURA 5-12
En ausencia de aceleración, la fuerza
que se aplica a un fluido mediante un
émbolo es igual a la fuerza que el fluido
aplica al émbolo.
w flujo
P
v
a) Antes de entrar
w flujo
P
v
VC
VC
b) Después de entrar
FIGURA 5-13
El trabajo de flujo es la energía necesaria
para meter o sacar un fluido de un volumen
de control, y es igual a Pv.
Energía
cinética
Energía
de flujo
Energía
cinética
Fluido
estático
V
e = u + 2
+ gz
2
Energía
Energía
interna
potencial
Fluido en
movimiento
V
θ = Pv + u + 2 + gz
2
Energía
Energía
interna
potencial
FIGURA 5-14
La energía total está formada por tres
partes para un fluido estático y por cuatro
partes para un fluido en movimiento.