Tobera y difusores Los fluidos, como gases y líquidos, son portadores de energía, y durante su flujo por tubos, ductos, canales u otros medios de transporte, con frecuencia se desea convertir su energía en otras formas. Por ejemplo, los gases a altas temperaturas, que contienen energía interna pueden acelerarse para aumentar la energía cinética, forzándolos a través de una restricción llamada tobera o boquilla. Tobera Una tobera es un dispositivo que incrementa la velocidad de un fluido a la vez que disminuye su presión. Las toberas, al igual que el tubo venturi, puede utilizarse para medir el flujo volumétrico en ductos. Pueden ser: - CONVERGENTES - DIVERGENTES O DIFUSORES CONVERGEN CONVERGENTES-D TES-DIVERG IVERGENTES ENTES - DELAVAL DELAVAL
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DIBUJOS En este caso, la energía cinética aumenta a expensas de una disminución de presión (y entalpia) en el fluido. Estos dos ejemplos son típi típico cos s del uso de toberas toberas converg convergente entes, s, que que tien tienen en una una secc secció ión n transversal transversal de área decreciente en la dirección del flujo. Son isoentrópicas (se trataría de un proceso reversible, sin pérdidas), y por tanto adiabáticas (no hay una transmisión de calor del fluido a la tobera o al exterior). Se mantendría en régimen estacionario (con lo cual, el flujo másico de fluido (compresible) que se desplaza a lo largo de la tobera permanecería constante todo a lo largo de la misma). TIPO TOBERA
DE DE
COVE COVERG RGEN ENTE TE INTE INTERN RNA A ENTALPIA
A
TIPO DE FLUJO
OCINE CINETI TICA CA
SUBS SUBSON ONIC ICO O O SUPERSONICO O SUBSONICO O SUPERSONICO
DIVE DIVERG RGEN ENTE TE
CINE CINETI TICA CA
INTE INTERN RNA A ENTALPIA
DELA ELAVAL
INTE INTERN RNA A ENTALPIA
OCINETICA
SUPERSONICO
La tobera desde el punto de vista termodinámico. Las toberas en el caso norma normal, l, bajo bajo condi condicio cione nes s de flujo flujo estab estable le,, y ento entonce nces s la ecuaci ecuación ón las las describirá.
El trabajo efectuado por o sobre cualquiera de las toberas es cero, y comúnmente se supone que el flujo es adiabático. Entonces, cuando se pueden despreciar los cambios de energía potencial, la ecuación de la primera ley para flujo estable, por unidad de masa, es
Con frecuencia se usa el estado de estancamiento o de inmovilidad, para describir los estados en la tobera. Estancamiento es un estado en el que se ha detenido el fluido, o esta estancado (inactivo), durante un proceso adiabático reversible. En un estado de estancamiento, la velocidad es cero. En el estado 1 la entrada, la entalpia de estancamiento es
Para gases perfectos, con calores específicos constantes, estas ecuaciones pueden escribirse como sigue:
Y entonces En la que a se llama temperatura de estancamiento. Para el estado 2 puede escribirse una ecuación parecida
La primera ecuación equivale a Esto se puede reducir a:
Difusor Los difusores se usan con frecuencia para desacelerar gases o líquidos a alta velocidad. Un difusor es un dispositivo que trabaja a la inversa de una tobera: aumenta la presión de un fluido a la vez que disminuye su velocidad. Los difusores son utilizados comúnmente en maquinas de chorro, cohetes, naves espaciales e incluso mangueras de jardín DIBUJO Desde regiones de baja presión a otras a mayor presión. Esto es, los difusores comprimen los fluidos a expensas de energía cinética Por ejemplo los difusores que usan los autos de la F1 Ante la ausencia de datos de transferencia de calor el flujo a través de los difusores es considerado adiabático
