SISTEMAS ABIERTOS
SISTEMAS ABIERTOS PERMANENTES (REGIMEN ESTACIONARIO)
En esta seccion trabajamos problemas clasicos de volumen de control con flujo continuo: balance de masa y balance de energia, usando entalpia y tablas de propiedades.
Temas principales:
• Regimen permanente: no hay acumulacion de masa ni energia en el equipo.
• Continuidad: m_punto_entradas = m_punto_salidas.
• Balance de energia (forma base): Q_punto - W_punto = cambios de (h + V^2/2 + gz) entre entradas y salidas.
• Entalpia en flujo: h = u + Pv (por trabajo de flujo).Dispositivos tipicos de examen:
• Turbinas y compresores (trabajo de eje).
• Bombas (v*(P2-P1) como aproximacion).
• Tobera y difusor (cambios de velocidad).
• Valvula de estrangulamiento (h1 = h2).
• Intercambiadores, mezcladores y separadores (multiples corrientes).Propiedades y tablas:
• Agua/vapor: region (saturado, sobrecalentado, comprimido), h, s, v, calidad x.
• Gases ideales: h depende de T (uso de cp).Errores tipicos:
• Confundir kW con kJ/kg (potencia vs energia especifica).
• Usar u en vez de h.
• Olvidar continuidad en multiples salidas.
Ejercicios resueltos de sistemas abiertos explicados paso a paso: balance de masa y energía en volúmenes de control, con flujo estacionario, trabajo de eje, calor, cambios de entalpía y análisis con tablas de propiedades (agua/vapor y gases ideales).
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PREGUNTAS FRECUENTES EN SISTEMAS ABIERTOS PERMANENTES (REGIMEN ESTACIONARIO)
¿Por dónde empiezo si Sistemas Abiertos me cuesta?
Empezá con estas 4 preguntas rápidas:
¿Es regimen permanente (estacionario) o hay acumulacion?
¿Cuantas entradas y salidas tiene el equipo?
¿Es un dispositivo “tipico” (turbina, compresor, bomba, tobera, valvula, intercambiador, mezclador)?
¿Qué me piden: potencia (W_punto), calor (Q_punto), estado de salida, caudal masico m_punto?
Mapa base:
Continuidad (masa):
m_punto_entradas = m_punto_salidas
Energia (forma base):
Q_punto - W_punto = cambios de (h + V^2/2 + g*z) entre entradas y salidas
¿Cómo sé qué terminos puedo despreciar?
En la mayoria de parciales se usa:
Q_punto - W_punto = m_punto*(h2 - h1)
porque normalmente:
cambios de velocidad ~ 0
cambios de altura ~ 0
Atajo de examen:
Si no dice “tobera/difusor” o velocidades altas -> desprecias V^2/2
Si no hay diferencia grande de altura -> desprecias g*z
Si dice “adiabatico” -> Q_punto = 0
¿Qué trabajos aparecen en sistemas abiertos?
En sistemas abiertos el trabajo importante es el de eje (shaft):
-
Turbina: entrega trabajo (W_punto sale)
-
Compresor/Bomba: consumen trabajo (W_punto entra)
Atajo clave:
Si es turbina/compresor/bomba -> hay trabajo de eje.
Si es valvula/tobera/intercambiador -> en general W_punto = 0
¿Cuáles son los “modelos” tipicos que se usan siempre?
• Turbina adiabática:
W_punto ≈ m_punto*(h1 - h2)
• Compresor adiabático:
W_punto_in ≈ m_punto*(h2 - h1)
• Bomba (liquidos):
w ≈ v*(P2 - P1)
W_punto ≈ m_punto*w
• Tobera (nozzle):
(h1 - h2) ≈ (V2^2 - V1^2)/2
• Valvula de estrangulamiento:
h1 = h2
• Intercambiador de calor:
W_punto = 0
Q_punto se relaciona con cambios de entalpia
¿Qué errores tipicos hacen que me de mal?
Los mas comunes:
Confundir u con h:
En sistema abierto se usa h (entalpia), no u.
Mezclar potencia con energia especifica:
W_punto y Q_punto estan en kW, pero h esta en kJ/kg.
Olvidar continuidad cuando hay mas de una salida.
Aplicar “h1 = h2” donde no corresponde:
Solo para valvula de estrangulamiento (throttling), no para turbinas/compresores.
¿Cómo se resuelven rapido los problemas tipicos?
Metodo rapido universal:
-
Dibujá el equipo con entradas/salidas y datos.
-
Elegí supuestos (permanente, adiabatico, despreciar V y z, etc.).
-
Continuidad -> sacas m_punto faltante.
-
Tablas/propiedades -> sacas h en cada estado.
-
Energia -> despejas Q_punto o W_punto o el estado final.
¿Cómo sé si es Sistemas Abiertos Permanentes o no?
Si aparece:
entradas y salidas de masa
m_punto (caudal masico)
turbina, compresor, bomba, tobera, valvula
potencia (kW) asociada al equipo
Entonces es SISTEMAS ABIERTOS (volumen de control, flujo).
TEORIA DE SISTEMAS ABIERTOS PERMANENTES
EJERCICIO DE PARCIAL RESUELTO EN HOJA
EJERCICIO DE PARCIAL RESUELTO EN VIDEO
