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TERMODINAMICA DISPOSITIVOS TERMODINAMICOS

Dispositivos termodinamicos termodinamica

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DISPOSITIVOS TERMODINAMICOS Algunos dispositivos con ingeniería de flujo estable: Muchos dispositivos de ingeniería operan bajo las mismas condiciones durante largos periodos. Por ejemplo, los componentes de una central eléctrica de vapor (turbinas, compresores, intercambiadores de calor y bombas) operan sin parar durante meses antes de que el sistema se saque de servicio para mantenimiento. Toberas y Difusores: Las toberas y los difusores se utilizan comúnmente en motores de reacción, cohetes, naves espaciales e incluso en la manguera de jardín. Una tobera es un dispositivo que aumenta la velocidad de un flujo a expensas de la presión. Un difusor es un dispositivo que aumenta la presión de un fluido frenándolo; las toberas y los difusores efectúan tareas opuestas. El área de la sección transversal de una tobera disminuye en la dirección del flujo en el caso de un flujo subsónicos y aumenta cuando se trata de flujos supersónicos. Lo contrario es cierto para los difusores. La tasa de transferencia de calor entre el fluido que circula por una tobera o un difusor y los alrededores suelen ser muy pequeña (Q=o) debido a que el fluido tiene altas velocidades y no pasa el tiempo suficiente en el dispositivo para que haya lugar a cualquiera transferencia de calor significativa. Es típico que en las toberas o en los difusores no se efectué trabajo (W=0) y que cualquier cambio en la energía potencial sea despreciable (∆℮p=0). Pero como las toberas y los difusores implican altas velocidades, cuando los fluidos pasan por ellos experimenta grandes cambios en su velocidad. En consecuencia, se deben tomar en cuenta los cambios de energía cinética para el análisis de los flujos que atraviesan estos aparatos (∆℮c ≠ 0).

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TERMODINAMICA

DISPOSITIVOS TERMODINAMICOS

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Universidad Popular de la Chontalpa

INGENIERIA QUIMICA PETROLERA 4to SEMESTRE GRUPO B

Gustavo Osvaldo Mendoza Gómez

Cuauhtémoc Eduardo Antolín Andrade

Karla Salazar Córdova

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Algunos dispositivos con ingeniería de flujo estable.

Muchos dispositivos de ingeniería operan bajo las mismas condiciones durante largos periodos. Por ejemplo, los componentes de una central eléctrica de vapor (turbinas, compresores, intercambiadores de calor y bombas) operan sin parar durante meses antes de que el sistema se saque de servicio para mantenimiento.

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Ejemplo de una turbina de gas.

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Toberas y Difusores

Las toberas y los difusores se utilizan comúnmente en motores de reacción, cohetes, naves espaciales e incluso en la manguera de jardín. Una tobera es un dispositivo que aumenta la velocidad de un flujo a expensas de la presión. Un difusor es un dispositivo que aumenta la presión de un fluido frenándolo; las toberas y los difusores efectúan tareas opuestas.

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El área de la sección transversal de una tobera disminuye en la dirección del flujo en el caso de un flujo subsónicos y aumenta cuando se trata de flujos supersónicos. Lo contrario es cierto para los difusores. La tasa de transferencia de calor entre el fluido que circula por una tobera o un difusor y los alrededores suelen ser muy pequeña (Q=o) debido a que el fluido tiene altas velocidades y no pasa el tiempo suficiente en el dispositivo para que haya lugar a cualquiera transferencia de calor significativa.

Toberas y difusores

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Toberas y Difusores

Es típico que en las toberas o en los difusores no se efectué trabajo (W=0) y que cualquier cambio en la energía potencial sea despreciable (∆℮p=0). Pero como las toberas y los difusores implican altas velocidades, cuando los fluidos pasan por ellos experimenta grandes cambios en su velocidad. En consecuencia, se deben tomar en cuenta los cambios de energía cinética para el análisis de los flujos que atraviesan estos aparatos (∆℮c ≠ 0)

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Ejemplo de una tobera.

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A las toberas y a los difusores se les da una forma que provoca grandes cambios en las velocidades del fluido y en la consecuencia, de las energías cinéticas.

TOBERA

DIFUSOR

Ѵ₁

Ѵ₁

Ѵ₂ » Ѵ₁

Ѵ₂« Ѵ₁

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TURBINAS Y COMPRESORES

En las centrales de energía de vapor, gas o hidroeléctricas, el dispositivo que acciona al generador eléctrico es la turbina. Cuando el fluido pasa por la Urbina ejerce trabajo sobre los alabes que están unidos al eje. En consecuencia, el eje gira y la turbina produce trabajo. El trabajo es efectuado en una turbina es positivo puesto que lo realiza el fluido. Un ventilador aumenta ligeramente la presión de un gas y casi siempre se utiliza para mover un gas. Un compresor es capaz de comprimir el gas a presiones muy altas.

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TURBINAS Y COMPRESORES

Los compresores , así como las bombas y los ventiladores son dispositivos útiles para aumentar la presión de un fluido. El trabajo es suministrado a estos dispositivos por una fuente externa mediante un eje rotatorio. Por consiguiente , los compresores involucran entradas de trabajo. Aunque estos tres dispositivos funcionen de manera singular, difieren en las tareas que efectúan

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Compresor de embolo o pistón

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VALVULAS DE ESTRANGULAMIENTO

Son cualquier tipo de dispositivo de restricción de flujo que ocasione un descenso en la presión del fluido. Ej. válvula ajustable ordinarias, los tubos capilares y obturadores porosos. A diferencia de las turbinas, producen una disminución de presión sin realizar ningún trabajo. A menudo la reducción de presión en el fluido se acompaña con un gran descenso en la temperatura, y por eso los dispositivos de estrangulamientos emplean en aplicaciones de refrigeración y de acondicionamiento de aire.

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VALVULAS DE ESTRANGULAMIENTO

La magnitud de la disminución de la temperatura (o, algunas veces, el aumento de temperatura) durante un proceso de estrangulamiento esta regida por una propiedad llamada coeficiente Joule-Thomson. Las válvulas de estrangulamiento son dispositivos pequeños y pueden suponerse que el flujo a través de ellos será adiabático.(q≈0) puesto que no hay ni tiempo ni área bastante grande para que ocurra alguna transferencia efectiva de calor. Además, no se efectúa trabajo(w=0) y el cambio en la energía potencial, si es que ocurre es muy pequeño (∆℮p≈0).

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VALVULAS DE ESTRANGULAMIENTO

Aunque la velocidad de salida es a menudo considerablemente mas alta que la velocidad de entrada, en muchos casos, el aumento en la energía cinética es insignificante (∆℮c ≈ 0). En este caso la ecuación de la conservación de la energía para este dispositivo de una sola corriente fe flujo permanece se reduce a

h₂ ≈ h₁ (kJ/kg)Esto es, los valores de la entalpia en la entrada y en la salida de una válvula de estrangulamiento son los mismo. Por esta razón la válvula de estrangulamiento algunas veces recibe el nombre de dispositivo isentálpico.

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u₁ + P₁v₁ = u₂ + P₂v₂Energía interna + energía del flujo = constante

De manera que el efecto final de un proceso de estrangulación de depende de cual de las dos cantidades aumento durante el proceso. Si la energía de flujo aumenta durante un proceso (P₂v₂ > P₁v₁), lo hace a expensas de la energía interna. Como resultado, la energía interna disminuye el producto Pv, la energía interna y la temperatura de un fluido aumentara durante un proceso de estrangulación. En el caso de un gas ideal, h = h(T) y la temperatura, en consecuencia, tiene que permanecer constante durante un proceso de estrangulación.

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VALVULAS DE ESTRANGULAMIENTO

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CAMARAS DE MEZCLADO

En aplicaciones de ingeniería la mezcla de dos corrientes de fluido es frecuente. La sección donde sucede el proceso de mezclado se denomina cámara de mezclado. la cámara de mezclado no tiene una que ser una cámara especial. Un codo ordinario en T o uno en Y en una regadera, sirve como cámara de mezclado para las corrientes de agua caliente y fría. El principio de la conservación de la masa en una cámara de mezclado requiere que la suma de las tasa de flujo másico entren sea igual ala tasa de flujo másico de la mezcla saliente.

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CAMARAS DE MEZCLADO

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CAMARAS DE MEZCLADO

Las cámaras de mezclado casi siempre están bien aisladas (q=0) y no involucra ningún tipo de trabajo (w=0). Además, las energías cinética y potencial de las corrientes de fluido suelen ser despreciables (ec ≈ 0, ep ≈ 0). En consecuencia, todo lo que queda en el balance de energía corresponde a las energías totales de las corrientes entrantes y de la mezcla saliente.

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INTERCAMBIADORES DE CALOR

Como su nombre lo indica, los intercambiadores de calor son dispositivos donde dos corrientes de fluido en movimiento intercambian calor sin mezclarse. Los intercambiadores de calor se emplean en diversas industrias y presentan números diseños.La forma mas sencilla de intercambiador de calor es la del intercambiador de calor de doble tubo (también llamado tubo y coraza). Se compone de dos tuberías concéntricas de diferentes diámetros. Un fluido circula por la tubería y el otro en el espacio anular entre las dos tuberías.

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INTERCAMBIADORES DE CALOR

El calor se transfiere del fluido caliente al frio a través de la pared que los separa. Algunas veces el tubo interior de forma un par de vueltas dentro de la coraza para aumentar el área de transferencia de calor y por ello, la relación de transferencia de calor. Las cámaras de mezcla son clasificadas como intercambiadores de calor de contacto directo.

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INTERCAMBIADORES DE CALOR