Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 2
donde P/r es la energía de flujo, V 2 /2 es la energía cinética y gz es la energía
potencial del fluido, todas por unidad de masa. También es posible expresarla
por unidad de tiempo
1
E # mecánica m # e mecánica m # a P r V 2
2 gz b (2-11)
4
Ẇ
donde ṁ es el flujo másico del fluido. Entonces el cambio de la energía mecánica
e ec
caída de presión del agua desde el punto
V 2 18.5 m>s2 2
a 1 J>kg
inmediato aguas arriba de la turbina
2 2 1 m 2 >s b 36.1 J>kg 2 hasta el punto inmediatamente posterior
de un fluido durante flujo incompresible (r constante) es
¢e mecánica P 2 P 1
V 2 2 V1
2 g 1z
r
2 z 1 21kJ>kg2
2
(2-12) Generador
Turbina
y
. . . .
W máx = mΔe mecánica = mg(z 1 – z 4 ) = mgh
¢E # mecánica m # ¢e mecánica m # a P 2 P 1
V 2 2 V 1
2 entonces P
g 1z
r
2 z 1 2b1kW2 1 ≈ P 4 = P atm y V 1 = V 4 ≈ 0
(2-13)
2
a)
Por lo tanto, la energía mecánica de un fluido no cambia durante el flujo si su
presión, densidad, velocidad y altura permanecen constantes. En ausencia de Ẇ
pérdidas, el cambio de energía mecánica representa el trabajo mecánico suministrado
al fluido (si e mecánica 0) o extraído del fluido (si e mecánica 0).
2
La potencia máxima (ideal) generada por una turbina, por ejemplo, es W máx =
me mecánica como se muestra en la figura. 2-11.
3
Generador
Turbina
EJEMPLO 2-2 Energía eólica
.
Un sitio evaluado para construir un parque eólico tiene vientos permanentes a
.
. (P 2 – P 3 ) ΔP
W máx = mΔe mecánica = m
r
= ṁ
r
una velocidad de 8.5 m/s (Fig. 2-12). Determine la energía eólica a) por unidad
entonces V
de masa, b) para una masa de 10 kg y c) para un flujo de 1 154 kg/s de aire.
2 ≈ V 3 y z 2 = z 3
b)
Solución Se tiene un sitio con una velocidad de viento especificada, donde FIGURA 2-11
se determinará la energía eólica por unidad de masa, para una masa especificada
y un determinado flujo másico de aire.
una turbina hidráulica ideal acoplada con
La energía mecánica se ilustra mediante
Suposiciones El viento fluye en forma permanente a la velocidad especificadadidas
irreversibles, la potencia máxima
un generador ideal. En ausencia de pér-
Análisis La única forma de aprovechar la energía del aire atmosférico es la producida es proporcional a a) el cambio
energía cinética, la cual se dirige a una turbina eólica (aerogenerador).
en la elevación de la superficie del agua
a) La energía eólica por masa unitaria de aire es
b) La energía eólica para una masa de aire de 10 kg es
entre los reservorios de aguas arriba y
aguas abajo, o b) (vista en detalle) la
de la turbina.
h
E me 110 kg2136.1 J>kg2 361 J
c) La energía eólica de un flujo másico de 1 154 kg/s es
8.5 m/s
—
E # m # 1 kW
e 11 154 kg>s2136.1 J>kg2a b 41.7 kW
1 000 J>s
Comentario Se puede demostrar que el flujo másico específico corresponde a
una sección del flujo con un diámetro de 12 m cuando la densidad del aire es
de 1.2 kg/m 3 . Por lo tanto, una turbina eólica con un diámetro de 12 m tiene
un potencial de generación de energía de 41.7 kW. Las turbinas eólicas reales
convierten en energía eléctrica cerca de un tercio de este potencial.
FIGURA 2-12
Sitio potencialmente atractivo para instalar
un parque eólico como se explicó en
el ejemplo 2-2.
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