Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

236
ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
Al dividir entre el flujo másico ṁ y sustituir, h 2 se determina como
h 2 h 1 q salida V 2 2 V 1
2
11 371.4 1.22 Btu/lbm 1900 pies/s2 2 1134.4 pies/s2 2
a
1 Btu/lbm
2
25 037 pies 2 /s 2b
1 354.4 Btu/lbm
Entonces,
2
P 2 200 psia
h 2 1 354.4 Btu/lbm f T 2 662.0 °F 1Tabla A-6E 2
Comentario Observe que la temperatura del vapor disminuye en 38.0 °F a
medida que pasa por la tobera. Esta disminución de temperatura se debe
principalmente a la conversión de energía interna en energía cinética. (La pérdida
de calor es demasiado pequeña para causar algún efecto importante en
este caso.)
2 Turbinas y compresores
En las centrales eléctricas de vapor, gas o en hidroeléctricas, el dispositivo
que impulsa al generador eléctrico es la turbina. A medida que el fluido pasa
por ésta se hace trabajo contra los álabes, los cuales están unidos a la flecha,
la cual a su vez gira y la turbina produce trabajo.
Al igual que las bombas y los ventiladores, los compresores son dispositivos
que se utilizan para incrementar la presión de un fluido. A estos dispositivos el
trabajo se suministra desde una fuente externa a través de un eje giratorio, por
lo tanto los compresores requieren entrada de trabajo. Aun cuando estos tres
dispositivos funcionan de manera similar, difieren en las tareas que llevan a
cabo. Un ventilador se usa sobre todo para movilizar un gas y sólo incrementa
ligeramente la presión, mientras que un compresor es capaz de comprimir el
gas a presiones muy altas. Las bombas funcionan de manera muy parecida a
los compresores excepto que manejan líquidos en lugar de gases.
Note que las turbinas producen potencia mientras que los compresores,
bombas y ventiladores requieren entrada de potencia. La transferencia de calor
desde las turbinas por lo general es insignificante (Q . 0) ya que normalmente
están bien aisladas. La transferencia de calor es también insignificante para
los compresores, a menos que haya enfriamiento intencional. Los cambios de
energía potencial son insignificantes para todos estos dispositivos (ep 0);
mientras que las velocidades, con excepción de turbinas y ventiladores, son
demasiado bajas para causar algún cambio importante en su energía cinética
(ec 0). Las velocidades de fluido encontradas en la mayor parte de las turbinas
son muy altas, por lo que el fluido experimenta un cambio importante en
su energía cinética. Sin embargo, este cambio es por lo regular muy pequeño
con respecto al cambio de entalpía, por lo tanto no se toma en cuenta.
EJEMPLO 5-6 Compresión de aire mediante un compresor
Aire a 100 kPa y 280 K se comprime en régimen estacionario hasta 600 kPa
y 400 K. El flujo másico del aire es 0.02 kg/s y ocurre una pérdida de calor de
16 kJ/kg durante el proceso. Si se supone que los cambios de energía cinética
y potencial son insignificantes, determine la entrada de potencia necesaria al
compresor.