Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

240
ANÁLISIS DE MASA Y ENERGÍA
Válvula de estrangulamiento
u 1 = 94.79 kJ/kg
P 1 v 1 = 0.68 kJ/kg
(h 1 = 95.47 kJ/kg)
u 2 = 88.79 kJ/kg
P 2 v 2 = 6.68 kJ/kg
(h 2 = 95.47 kJ/kg)
FIGURA 5-31
Durante un proceso de estrangulamiento,
la entalpía (energía de flujo energía
interna) de un fluido permanece constante.
Pero las energías interna y de flujo se
pueden convertir entre sí.
Suposiciones 1 La transferencia de calor desde el tubo es insignificante. 2 El
cambio de energía cinética del refrigerante es insignificante.
Análisis Un tubo capilar es un simple dispositivo que restringe el flujo, el
cual se emplea comúnmente en refrigeración para causar una gran caída de
presión en el refrigerante. El flujo por un tubo capilar es un proceso de estrangulamiento;
así, la entalpía del refrigerante permanece constante (Fig. 5-31).
A la entr ada:
A la salida:
P 1 0.8 MPa
f T 1 T sat a 0.8 MPa 31.31 C
líquido sat. h 1 h f a 0.8 MPa 95.47 kJ/k g
P 2 0.12 MP a
( h 2 h 1 )
¡ h f 22.49 kJ/k g
h g 236.97 kJ/k g
(Tabla A - 12)
T sa t 22.32 C
Es evidente que h f h 2 h g ; así, el refrigerante sale como un vapor húmedo
en el estado de salida. La calidad en este estado es
x 2
h 2 h f
h fg
95.47 22.49
236.97 22.49
0.340
Como el estado de salida es un vapor húmedo a 0.12 MPa, la temperatura
de salida debe ser la temperatura de saturación a esta presión, la cual es
22.32 °C. Entonces el cambio de temperatura para este proceso es
T T 2 T 1 22.32 31.31°C 53.63 °C
Comentario Observe que la temperatura del refrigerante disminuye en 53.63 °C
durante este proceso de estrangulamiento, que 34.0 por ciento del refrigerante
se evapora durante el proceso, y que la energía necesaria para evaporar este
refrigerante se absorbe del mismo refrigerante.
Agua
caliente
T
Agua
fría
FIGURA 5-32
La tubería en forma de “T” de una
regadera ordinaria sirve como cámara
de mezclado para las corrientes de agua
caliente y fría.
4a Cámaras de mezclado
En las aplicaciones de ingeniería, mezclar dos corrientes de fluido no es raro.
La sección donde el proceso de mezclado tiene lugar se conoce como cámara
de mezclado, la cual no tiene que ser exactamente una “cámara”. Una
tubería ordinaria en forma de “T” o en “Y” de una regadera, por ejemplo,
sirve como cámara de mezclado para las corrientes de agua fría y caliente
(Fig. 5-32).
El principio de conservación de la masa para una cámara de mezclado
requiere que la suma de los flujos másicos entrantes sea igual al flujo másico
de la mezcla saliente.
Las cámaras de mezclado por lo regular están bien aisladas (q 0) y normalmente
no involucran trabajo (w 0). Asimismo, las energías cinética y
potencial de las corrientes de fluido son comúnmente insignificantes (ec 0,
ep 0). Entonces lo que queda en la ecuación de la energía son las energías
totales de las corrientes entrantes y la mezcla que sale. El principio de conservación
de la energía requiere que estas dos sean iguales entre sí; por lo tanto,
para este caso la ecuación de conservación de la energía es análoga a la de la
conservación de la masa.