Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
El fluido que entra o sale de un volumen de control posee una forma adicional
de energía, la energía de flujo Pv, como ya se explicó, entonces, la energía
total de un fluido en movimiento por unidad de masa (denotada por u) es
u P v e P v 1u ec ep 2 (5-26)
Pero la combinación Pv u se definió antes como la entalpía h; así que la
relación en la ecuación 5-26 se reduce a
u h ec ep h V 2
gz 1kJ>kg2 (5-27)
2
Si, en lugar de la energía interna, se usa la entalpía para representar la energía
de un fluido en movimiento, ya no es necesario preocuparse por el trabajo
de flujo. La energía relacionada con meter o sacar el fluido del volumen de
control se toma en cuenta de modo automático en la entalpía, de hecho ésta
es la principal razón para definir la propiedad entalpía. En adelante, la energía
de una corriente de fluido que entra o sale de un volumen de control se representa
mediante la ecuación 5-27, y no se hará referencia al trabajo de flujo o a
la energía de flujo.
m˙
i , kg/s
θ i , kJ/kg
VC
ṁ i θ i
(kW)
FIGURA 5-15
El producto m . iu i es la energía que la
masa transporta hacia el volumen de control
por unidad de tiempo.
Energía transportada por la masa
Como u es la energía total por unidad de masa, la energía total de un fluido en
movimiento de masa m es simplemente mu, siempre y cuando las propiedades
de la masa m sean uniformes. También, cuando una corriente de fluido con
propiedades uniformes se mueve a un flujo másico de ṁ, la tasa de flujo de
energía con esa corriente es ṁu (Fig. 5-15). Es decir,
Cantidad de energía transportada:
E masa mu m a h V 2
gz b 1kJ2 (5-28)
2
Tasa de energía transportada:
E # masa m # u m # a h V 2
2 gz b 1kW2 (5-29)
Cuando las energías cinética y potencial de una corriente de fluido son insignificantes,
como comúnmente sucede, estas relaciones se simplifican E masa
mh y E . masa ṁh.
En general, no es fácil determinar la energía total que transporta la masa
hacia dentro o hacia fuera del volumen de control, ya que las propiedades de la
masa en cada entrada o salida podrían estar cambiando con el tiempo así como
en la sección transversal. Por lo tanto, la única forma de determinar la energía
transportada que pasa por una abertura como resultado del flujo másico es considerar
masas diferenciales suficientemente pequeñas dm que tienen propiedades
uniformes y sumar sus energías totales durante el flujo.
De nuevo, como u es la energía total por unidad de masa, la energía total de
un fluido en movimiento de masa dm es u dm. Entonces la energía total transportada
por la masa mediante una entrada o salida (m i u i y m e u e ) se obtiene a
través de la integración. En una entrada, por ejemplo, se convierte en
E entrada,masa
m i
u i dm i
m i
a h i V i 2
2 gz i b dm i (5-30)
La mayor parte de los flujos que se encuentran en la práctica se pueden considerar
como estacionarios y unidimensionales; por lo tanto, es posible usar las
relaciones simples de las ecuaciones 5-28 y 5-29 para representar la energía
que transporta una corriente de fluido.