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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DISPOSITIVOS DE INGENIERÍA
TERMO- DISPOSITIVOS DE INGENIERIA
INTERCAMBIADOR DE CALOR DOBLE FLUJO
TERMO- SAP EJEMPLO 2BLE FLUJO
EJERCICIO DE PARCIAL RESUELTO EN HOJA
Un compresor de aire adiabático va a ser accionado por una turbina de vapor adiabática acoplada directamente, la cual acciona también a un generador. El vapor entra a la turbina a 12.5 MPa y 500°C a una relación de 25 kg/s y sale a 10 kPa y una calidad de 0.92. El aire entra al compresor a 98 kPa y 295 K a razón de 10 kg/s y sale a 1 MPa y 550 K. Plantee el balance energético para el sistema. (Plantee la ecuación general, explicando cada uno de los términos).
Determine:
a) la potencia neta en MW que entrega la turbina al generador.
b) el factor de potencia utilizado.
EJERCICIO DE PARCIAL RESUELTO EN VIDEO
Aire a 80 kPa, 27°C y 220 m/s entra a un difusor a razón de 2,5 kg/s y sale a 42°C. El área de salida del difusor es de 400 cm². El aire pierde 18 kJ/s de energía en forma de calor durante el proceso. Determinar:
a. La velocidad de salida. R: 62 m/s.
b. La presión de salida del aire. R: 90,91 kPa.
TERMO- DIFUSOR
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
