Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 17
densidad de estancamiento, etc.). El estado de estancamiento y las propiedades
de estancamiento se indican con un subíndice 0.
Al estado de estancamiento se le conoce con el nombre de estado de estancamiento
isentrópico cuando el proceso de estancamiento es reversible, así
como adiabático (es decir, isentrópico). La entropía de un fluido permanece
constante durante un proceso de estancamiento isentrópico. Los procesos de
estancamiento isentrópicos y reales (irreversibles) se muestran en el diagrama
h-s de la figura 17-4. Note que la entalpía de estancamiento del fluido (y
la temperatura de estancamiento si el fluido es un gas ideal) es la misma
en ambos casos. Sin embargo, la presión real de estancamiento es menor
que la presión de estancamiento isentrópico puesto que la entropía aumenta
durante el proceso de estancamiento real como resultado de la fricción del
fluido. A menudo, los procesos de estancamiento se aproximan a ser isentrópicos;
a las propiedades de estancamiento isentrópico se les conoce con el
nombre de propiedades de estancamiento.
Cuando el fluido se aproxima a un gas ideal con calores específicos constantes,
su entalpía puede reemplazarse por c p T y la ecuación 17-1 puede
expresarse como
V 2
c p T 0 c p T
2
o
T 0 T
(17-4)
2c p
Aquí, a T 0 se le llama temperatura de estancamiento (o total), y representa
la temperatura que adquiere un gas ideal cuando se lleva al reposo adiabáticamente.
El término V 2 /2c p corresponde al incremento de temperatura
durante dicho proceso y se le llama temperatura dinámica. Por ejemplo, la
temperatura dinámica del aire que fluye a 100 m/s es (100 m/s) 2 /(2 1.005
kJ/kg · K) 5.0 K. Por lo tanto, cuando el aire a 300 K y 100 m/s es llevado
al reposo adiabáticamente (por ejemplo, en la punta del medidor de temperatura),
su temperatura se incrementa al valor de estancamiento de 305 K (Fig.
17-5). Note que para los flujos a baja velocidad, las temperaturas de estancamiento
y estática (ordinaria) son prácticamente las mismas. Sin embargo,
para flujos a gran velocidad, la temperatura medida por un medidor en reposo
colocado en el fluido (la temperatura de estancamiento) puede ser significativamente
más alta que la temperatura estática del fluido.
La presión que un fluido alcanza cuando éste es llevado al reposo isentrópicamente
se denomina presión de estancamiento P 0 . Para gases ideales con
calores específicos constantes, P 0 está relacionada con la presión estática del
fluido a través de
P 0
a T k>1k 12
0
(17-5)
P T b
Al observar que r 1/v y utilizando la relación isentrópica Pv k P 0 v 0 k ,
la relación entre la densidad de estancamiento y la densidad estática puede
expresarse como
r 0
a T 1>1k 12
0
(17-6)
r T b
Cuando se utilizan las entalpías de estancamiento, no es necesario referirse
explícitamente a la energía cinética. Entonces, el balance de energía E ent E sal
de un dispositivo de flujo estacionario de una entrada y una salida, puede expresarse
como
q ent w ent 1h 01 gz 1 2 q sal w sal 1h 02 gz 2 2
(17-7)
V 2
¡Oh, no!
¡Ahí va su
energía cinética
otra vez!
FIGURA 17-3
Energía cinética convertida en entalpía
durante un proceso de estancamiento.
Blondie © King Features Syndicate.
h
h0
h
Estado de
estancamiento
isentrópico
V 2
2
P 0
P 0,real
Estado de
estancamiento
real
P
Estado real
FIGURA 17-4
El estado real, el estado de estancamiento
real y el estado de estancamiento
isentrópico de un fluido en
un diagrama h-s.
s