Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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FLUJO COMPRESIBLE
Ventilador Compresores Turbinas
Cámara de combustión
Tobera de
escape
FIGURA 17-1
Los motores de aviones involucran
altas velocidades y, por lo tanto, el término
de energía cinética debe siempre
considerarse en su análisis.
a) Fotografía cortesía de la NASA, http://lisar.
larc.nasa.gov/IMAGES/SMALL/EL-1999-00108.
jpeg, y b) Figura cortesía del Pratt and Whitney.
Utilizados con autorización.
h 1
h 2
Volumen
V 1 V
de control
2
h 01
h 02 = h 01
FIGURA 17-2
Flujo estacionario de un fluido a través
de un ducto adiabático.
17-1 ■ PROPIEDADES DE ESTANCAMIENTO
Cuando se analizan volúmenes de control, se ha determinado que resulta
muy conveniente combinar la energía interna y la energía de flujo de un
fluido en un solo término, la entalpía, que se define por unidad de masa como
h u Pv. Siempre que las energías cinética y potencial del fluido sean
insignificantes, como sucede a menudo, la entalpía representa la energía total
de un fluido. Para flujos a altas velocidades, como los de los motores de propulsión
(Fig. 17-1), la energía potencial del fluido sigue siendo insignificante;
sin embargo, la energía cinética no lo es. En dichos casos, conviene combinar
la entalpía y la energía cinética del fluido en un término único llamado entalpía
de estancamiento (o total) h 0 , definida por unidad de masa como
h 0 h V 2
1kJ>kg2
(17-1)
2
Cuando la energía potencial del fluido es insignificante, la entalpía de estancamiento
representa la energía total de un flujo por unidad de masa de fluido
en movimiento. Por lo tanto, se simplifica el análisis termodinámico de flujos
a alta velocidad.
A lo largo de este capítulo se hará referencia a la entalpía ordinaria h como
la entalpía estática, cuando sea necesario, para distinguirla de la entalpía de
estancamiento. Observe que la entalpía de estancamiento es una propiedad
combinatoria de un fluido, justo como la entalpía estática, y estas dos entalpías
son idénticas cuando la energía cinética del fluido es insignificante.
Considere el flujo estacionario de un fluido que pasa a través de un ducto
como una tobera, un difusor, o cualquier otro conductor de flujo donde el proceso
se lleve a cabo adiabáticamente y sin ningún trabajo de flecha o eléctrico,
como se muestra en la figura 17-2. Suponiendo que el fluido no experimenta
ninguna variación o una muy pequeña en su elevación y por lo tanto en su
energía potencial, la relación de balance de energía (E . ent E . sal) de este sistema
de flujo estacionario de una entrada y una salida se reduce a
o
h 1
V 2 1
2
h 2
V 2 2
2
(17-2)
h 01 h 02
(17-3)
Esto es, en la ausencia de cualquier interacción de calor y trabajo y de cualquier
cambio en energía potencial, la entalpía de estancamiento de un fluido
permanece constante durante un proceso de flujo estacionario. Los flujos a
través de las toberas y los difusores satisfacen, en general, estas condiciones
y cualquier aumento en la velocidad de fluido en estos dispositivos origina
una disminución equivalente en la entalpía estática del fluido.
Si el fluido fuera detenido completamente, entonces la velocidad en el
estado 2 sería cero y la ecuación 17-2 se convertiría en
V 2 1
h 1 h
2 2 h 02
Por lo tanto, la entalpía de estancamiento representa la entalpía de un fluido
cuando es llevado al reposo adiabáticamente.
Durante un proceso de estancamiento, la energía cinética de un fluido se
convierte en entalpía (energía interna energía del flujo), lo que resulta en
un aumento en la temperatura y presión del fluido (Fig. 17-3). A las propiedades
de un fluido en el estado de estancamiento se les llama propiedades
de estancamiento (temperatura de estancamiento, presión de estancamiento,