Conservación de la masa
Nombre 4 cantidades cantidades físicas que sean conservadas y 2 que no lo sean durante un proceso. Masa, la energía, el momentum, y la carga eléctrica se conservan, y el volumen y la entropía no se conserva durante un proceso.
Defina los flujos másico y volumétrico. ¿Cómo se relacionan? Másico: la cantidad de masa de un fluido que pasa por una sección transversal por unidad de tiempo. Volumétrico: es la cantidad de volumen de un fluido que fluye a través de una sección transversal por unidad de tiempo.
Se relacionan mediante la ecuación:
¿La cantidad de masa que entra a un volumen de control tiene que ser igual a la cantidad de masa que sale durante un proceso de flujo inestable? La cantidad de masa o energía que entra en un volumen de control no tiene que ser igual a la cantidad de masa o energía que sale durante un proceso de flujo inestable ya que algunas de sus características varían con respecto al tiempo.
¿Cuándo es estable el flujo que pasa por un volumen de control? Cuando el flujo es constante, es decir, sus características no varían con el tiempo, además durante un proceso de flujo estable, la cantidad total de masa contenida dentro de un volumen de control no cambia con el tiempo, es decir la cantidad de masa total que entra a un volumen de control es igual a la cantidad total de masa que sale del mismo.
Considere un dispositivo con una entrada y una salida. Si los flujos volumétricos en la entrada y en la salida son iguales, ¿el flujo por este dispositivo es necesariamente estable?, ¿Por qué? No, hay que tener presente que no hay un principio de conservación del volumen,
un flujo con la misma misma tasa de flujo de volumen en la
entrada y la salida no es necesariamente estable (a menos que la densidad sea constante como es el caso de los fluidos incompresibles (líquidos)). (líquidos)). Para ser estable, la tasa de flujo de masa a través del dispositivo debe permanecer constante. Trabajo de flujo y energía de un fluido en movimiento.
¿Cuáles son los diferentes mecanismos para transferir energía hacia o desde un volumen de control? La energía puede ser transferida hacia o desde un control de volumen en forma de calor, en las diversas formas de trabajo, y en masa.
¿Qué es la energía de flujo?, ¿los fluidos en reposo poseen alguna energía de flujo? La energía de flujo o el trabajo de flujo es la energía necesaria para impulsar un fluido dentro o fuera de un volumen de control. Fluidos en reposo no tienen ninguna energía de flujo ya que esta energía se utiliza para mantener un flujo continuo a través de un VC.
¿Cómo se comparan las energías de un fluido en movimiento y otro en reposo? Nombre las formas de energía relacionadas con cada caso La energía total de los fluidos estáticos está compuesta por 3 formas de energía mientras que la energía total de los fluidos en movimiento tiene esas 3 formas de energía más la energía de flujo. La energía total de un fluido en reposo consta de energías internas, cinéticas, y potenciales. La energía total de un fluido que fluye consta de energías internas, cinéticas, potenciales y la energía de flujo.
¿Cómo se caracteriza un sistema de flujo estable? Un sistema de flujo estable implica que no cambia con el tiempo en cualquier lugar dentro del sistema o en los límites del sistema.
¿En un sistema de flujo estable puede haber trabajo de frontera? No, ya que el volumen, la masa y el contenido de energía total E del volumen de control permanecen constantes.
Un difusor es un dispositivo adiabático que disminuye la energía cinética de un fluido al desacelerarlo. ¿Qué sucede con esta pérdida de energía cinética? Se convierte en su mayoría en energía interna, por un aumento en la temperatura del fluido.
En una tobera adiabática, la energía cinética de un fluido se incrementa a medida que se acelera, ¿De dónde viene esta energía? La energía cinética de un fluido aumenta debido al gasto de la energía interna, por una disminución en la temperatura del fluido.
¿Es deseable la transferencia de calor hacia o desde un fluido cuando fluye por una tobera? ¿Cómo afectara la transferencia de calor a la velocidad del fluido en la salida de la tobera? La transferencia de calor hacia o desde el fluido, a medida que fluye a través de una boquilla es deseable, ya que es probable aumentar la energía cinética del fluido. La transferencia de calor desde el fluido disminuirá la velocidad de salida.
Una turbina adiabática opera de manera estable. ¿La salida de trabajo de la turbina tiene que ser igual a la disminución en la energía del vapor que pasa por este dispositivo? Si, debido a que no estamos considerando perdidas, lo que nos indica que el balance de energía nos da una igualdad entre la energía que entrega la turbina y la energía extraída del vapor.
Un compresor de aire opera de manera estable ¿Cómo compararía los flujos volumétricos del aire tanto en la entrada como en la salida del compresor? La tasa de flujo volumétrico en la entrada del compresor será mayor que en la salida del compresor.
¿La temperatura del aire sube a medida que se comprime mediante un compresor adiabático? ¿Por qué? Sí. Debido a que la energía (en forma de trabajo en el eje) se añade a la del aire.
Alguien propone el siguiente sistema para enfriar en verano una casa: comprimir el aire externo, dejarlo enfriar de nuevo a la temperatura exterior, pasarlo por una turbina y descargar hasta la casa el aire frio que sale de la turbina. Desde un punto de vista termodinámico ¿es válido el sistema propuesto? No
¿Por qué en aplicaciones de refrigeración y sistemas de aire acondicionado se usan comúnmente dispositivos de estrangulamiento? Porque producen una caída de presión en el fluido sin implicar trabajo, lo cual suele venir acompañado de una disminución de temperatura.
Durante un proceso de estrangulamiento, la temperatura de un flujo disminuye de 30 a -20°c ¿este proceso puede ocurrir en forma adiabática?
Si, puesto que no hay suficiente tiempo ni área suficientemente grande, para que ocurra alguna transferencia de calor efectiva.
¿Esperaría que la temperatura del aire disminuyera a medida que experimenta un proceso de estrangulamiento de flujo estable? No, porque el aire es un gas ideal y h = h (T) para los gases ideales. Así, si h se mantiene constante durante un proceso de estrangulamiento, también lo hace la temperatura.
¿Esperaría que la temperatura de un líquido cambiara a medida que pasa por un proceso de estrangulamiento? Si permanece en la fase líquida, no. Pero si una parte del líquido se vaporiza durante el estrangulamiento, entonces sí.
Cuando dos corrientes de flujo se mezclan en una cámara de mezclado ¿puede ser menor la temperatura de mezcla que la de ambas corrientes? Sí, si la cámara de mezclado está perdiendo calor del medio circundante.
Considere un proceso de mezclado de flujo estable. ¿En qué condiciones la energía llevada por las corrientes que entran al volumen de control es igual a la energía que lleva la corriente saliente? Bajo las condiciones de interacciones de calor y trabajo entre la cámara de mezcla y el medio circundante.
Se tiene un intercambiador de calor de flujo estable con dos corrientes de fluido distintas. ¿En qué condiciones la cantidad de calor que pierde un fluido es igual a la cantidad de calor que gana el otro? Bajo las condiciones de interacciones de calor y trabajo entre el intercambiador de calor y el medio circundante. Tema 29
Un inventor afirma haber desarrollado un calentador de resistencia que suministra 1.2KwH de energía a una habitación por cada KwH de electricidad que consume. ¿Esta es una afirmación razonable o el inventor ha desarrollado una máquina de movimiento perpetuo? Este dispositivo crea energía, y por lo tanto se trata de un PMM1
Se sabe bien que la temperatura del aire aumenta cuando se comprime. Un inventor considero usar este aire de alta temperatura para calentar edificios y utilizo un compresor propulsado por un motor eléctrico. El inventor afirma que el sistema de aire caliente comprimido es 25 por ciento más eficiente que un sistema de calefacción por resistencias el cual proporciona una cantidad equivalente de calentamiento. ¿Es valida esta afirmación o solo se trata de otra maquina de movimiento perpetuo? Este dispositivo crea energía, y por lo tanto se trata de un PMM1
Una bebida enlatada fría se deja en una habitación más caliente donde su temperatura sube como resultado de transferencia de calor. ¿Se trata de un proceso reversible? No, porque se trata de la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita.
¿Por qué los ingenieros se interesan en procesos reversibles aunque nunca es posible lograrlos? Debido a que los procesos reversibles pueden ser abordados en la realidad, y forman los casos límite. Dispositivos de producción de trabajo que operan en los procesos reversibles entregan la mayor parte del trabajo, y los dispositivos de trabajo que consume que operan en los procesos reversibles consumen menos trabajo.
¿Por qué un proceso de compresión sin cuasi equilibrio entrega menos trabajo que le proceso de cuasi equilibrio correspondiente? Cuando el proceso de compresión es sin cuasi equilibrio, las moléculas detrás de la cara del pistón no pueden escapar lo suficientemente rápido formando una zona de alta presión delante del pistón. Se necesita más trabajo para mover el pistón en contra de esta región de alta presión.
¿Por qué un proceso de expansión sin cuasi equilibrio entrega menos trabajo que el proceso de cuasi equilibrio correspondiente? Cuando un proceso de expansión esta sin cuasi equilibrio, las moléculas detrás de la cara del pistón no puede seguir al pistón lo suficientemente rápido, formando una región de baja presión detrás del pistón. La menor presión que empuja el pistón produce menos trabajo.
¿Cómo se distinguen entre irreversibilidades internas y externas?
Las irreversibilidades que ocurren dentro de los límites del sistema son irreversibilidades internas y las que se producen fuera de los límites del sistema son irreversibilidades externas.
¿Un proceso reversible de expansión o compresión es necesariamente de cuasi equilibrio? ¿Un proceso de expansión o compresión en cuasi equilibrio es necesariamente reversible? Una expansión reversible o proceso de compresión no pueden implicar expansión incontrolada o compresión repentina, y por lo tanto es cuasi-equilibrio. Una expansión de cuasi-equilibrio o proceso de compresión, por otra parte, pueden implican irreversibilidades externas (tales como la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita), y por lo tanto no es necesariamente reversible.
