Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 7
b) La potencia de entrada requerida en el compresor se determina a partir del
balance de energía para dispositivos de flujo estacionario,
E
# entrada E
# salida
# # #
m h 1 W a ,entrada m h 2 a
# #
W a ,entrada m 1h 2 a h 1 2
10.2 kg >s 231575.03 285.14 2 kJ >kg 4
58.0 kW
Comentario Observe que en la determinación de la potencia de entrada al
compresor se empleó h 2a en lugar de h 2s porque h 2a es la entalpía real del aire
cuando sale del compresor. La cantidad h 2s es un valor de entalpía hipotético
que el aire tendría si el proceso fuera isentrópico.
Eficiencia isentrópica de toberas
Las toberas son dispositivos esencialmente adiabáticos y se usan para acelerar
un fluido, por consiguiente, los procesos isentrópicos sirven como un
modelo conveniente para este tipo de dispositivos. La eficiencia isentrópica
de una tobera está definida como la relación entre la energía cinética
real del fluido a la salida de la tobera y el valor de la energía cinética
a la salida de una tobera isentrópica para los mismos el estado de entrada
y la presión de salida. Es decir,
EC real a la salida de la tobera
h N
EC isentrópica a la salida de la tobera V 2a
2 (7-66)
Observe que la presión de salida es la misma para ambos procesos, real e
isentrópico, pero el estado de salida es diferente.
Las toberas no incluyen interacción de trabajo y el fluido experimenta un
pequeño o ningún cambio en su energía potencial cuando fluye a través del
dispositivo. Si además la velocidad de entrada del fluido es pequeña respecto
a la velocidad de salida, el balance de energía para este dispositivo de flujo
estacionario se reduce a
2
V 2a
h 1 h 2a
2
Entonces la eficiencia isentrópica de la tobera puede expresarse en términos
de la entalpía como
h 1 h 2a
h N (7-67)
h 1 h 2s
donde h 2a y h 2s son los valores de la entalpía en la salida de la tobera para los
procesos real e isentrópico, respectivamente (Fig. 7-54). Las eficiencias isentrópicas
de las toberas son superiores a 90 por ciento y no es raro encontrar
algunas mayores a 95 por ciento.
2
V 2s
h
h 1
h 2a
h 2s
V 2 2a
2
Estado de entrada
V 2 2s
2
1
2s
s 2s = s 1
2a
P 1
Proceso real
Proceso isentrópico
Presión
de salida
FIGURA 7-54
Diagrama h-s de los procesos real e
isentrópico de una tobera adiabática.
P 2
s
EJEMPLO 7-16 Efecto de la eficiencia sobre la velocidad
de salida de una tobera
Aire a 200 kPa y 950 K entra en una tobera adiabática a velocidad baja y se
descarga a una presión de 80 kPa. Si la eficiencia isentrópica de la tobera es
92 por ciento, determine: a) la posible velocidad de salida máxima, b) la temperatura
de salida y c) la velocidad real de salida del aire. Suponga calores
específicos constantes para el aire.