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5/24/2018 Conservaci n de La Masa
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Conservacin de la masa
Nombre 4 cantidades fsicas que sean conservadas y 2 que no
lo
sean durante un proceso.
Masa, la energa, el momentum, y la carga elctrica se
conservan,
y el volumen y la entropa no se conserva durante un proceso.
Defina los flujos msico y volumtrico. Cmo se relacionan?
Msico: la cantidad de masa de un fluido que pasa por una
seccin
transversal por unidad de tiempo.
Volumtrico: es la cantidad de volumen de un fluido que fluye
a
travs de una seccin transversal por unidad de tiempo.
Se relacionan mediante la ecuacin:
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 energa que entra en un volumen de
control
no tiene que ser igual a la cantidad de masa o energa que
sale
durante un proceso de flujo inestable ya que algunas de sus
caractersticas varan con respecto al tiempo.
Cundo es estable el flujo que pasa por un volumen de
control?
Cuando el flujo es constante, es decir, sus caractersticas
no
varan con el tiempo, adems 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 volumtricos en la entrada y en la salida son iguales,
el
flujo por este dispositivo es necesariamente estable?, Por
qu?
No, hay que tener presente que no hay un principio de
conservacin
del volumen, un flujo con la 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 (lquidos)). Para ser estable, la tasa de flujo
de
masa a travs del dispositivo debe permanecer constante.
Trabajo de flujo y energa de un fluido en movimiento.
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Cules son los diferentes mecanismos para transferir energa
hacia o desde un volumen de control?
La energa puede ser transferida hacia o desde un control de
volumen en forma de calor, en las diversas formas de trabajo, y
en
masa.
Qu es la energa de flujo?, los fluidos en reposo poseen
alguna
energa de flujo?
La energa de flujo o el trabajo de flujo es la energa
necesaria
para impulsar un fluido dentro o fuera de un volumen de
control.
Fluidos en reposo no tienen ninguna energa de flujo ya que
esta
energa se utiliza para mantener un flujo continuo a travs de
un
VC.
Cmo se comparan las energas de un fluido en movimiento y
otro
en reposo?Nombre las formas de energa relacionadas con cada
caso
La energa total de los fluidos estticos est compuesta por 3
formas de energa mientras que la energa total de los fluidos
en
movimiento tiene esas 3 formas de energa ms la energa de
flujo.
La energa total de un fluido en reposo consta de energas
internas, cinticas, y potenciales. La energa total de un
fluido
que fluye consta de energas internas, cinticas, potenciales y
la
energa de flujo.
Cmo 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 lmites del
sistema.
En un sistema de flujo estable puede haber trabajo de
frontera?
No, ya que el volumen, la masa y el contenido de energa total
E
del volumen de control permanecen constantes.
Un difusor es un dispositivo adiabtico que disminuye la
energa
cintica de un fluido al desacelerarlo. Qu sucede con esta
prdida de energa cintica?
Se convierte en su mayora en energa interna, por un aumento
en
la temperatura del fluido.
En una tobera adiabtica, la energa cintica de un fluido se
incrementa a medida que se acelera, De dnde viene esta
energa?
La energa cintica de un fluido aumenta debido al gasto de la
energa interna, por una disminucin en la temperatura del
fluido.
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Es deseable la transferencia de calor hacia o desde un
fluido
cuando fluye por una tobera? Cmo 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 travs de una boquilla es deseable, ya que es
probable
aumentar la energa cintica del fluido. La transferencia de
calor
desde el fluido disminuir la velocidad de salida.
Una turbina adiabtica opera de manera estable. La salida de
trabajo de la turbina tiene que ser igual a la disminucin en
la
energa del vapor que pasa por este dispositivo?
Si, debido a que no estamos considerando perdidas, lo que
nos
indica que el balance de energa nos da una igualdad entre la
energa que entrega la turbina y la energa extrada del vapor.
Un compresor de aire opera de manera estable Cmo comparara
losflujos volumtricos del aire tanto en la entrada como en la
salida
del compresor?
La tasa de flujo volumtrico en la entrada del compresor ser
mayor que en la salida del compresor.
La temperatura del aire sube a medida que se comprime mediante
un
compresor adiabtico? Por qu?
S. Debido a que la energa (en forma de trabajo en el eje) se
aade 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
termodinmico es vlido el sistema propuesto?
No
Por qu en aplicaciones de refrigeracin y sistemas de aire
acondicionado se usan comnmente dispositivos de
estrangulamiento?
Porque producen una cada de presin en el fluido sin implicar
trabajo, lo cual suele venir acompaado de una disminucin de
temperatura.
Durante un proceso de estrangulamiento, la temperatura de un
flujo
disminuye de 30 a -20c este proceso puede ocurrir en forma
adiabtica?
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Si, puesto que no hay suficiente tiempo ni rea
suficientemente
grande, para que ocurra alguna transferencia de calor
efectiva.
Esperara 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. As, si h se mantiene constante durante un proceso
de
estrangulamiento, tambin lo hace la temperatura.
Esperara que la temperatura de un lquido cambiara a medida
que
pasa por un proceso de estrangulamiento?
Si permanece en la fase lquida, no. Pero si una parte del
lquido
se vaporiza durante el estrangulamiento, entonces s.
Cuando dos corrientes de flujo se mezclan en una cmara de
mezclado puede ser menor la temperatura de mezcla que la de
ambas
corrientes?
S, si la cmara de mezclado est perdiendo calor del medio
circundante.
Considere un proceso de mezclado de flujo estable. En qu
condiciones la energa llevada por las corrientes que entran
al
volumen de control es igual a la energa que lleva la
corriente
saliente?
Bajo las condiciones de interacciones de calor y trabajo entre
la
cmara de mezcla y el medio circundante.
Se tiene un intercambiador de calor de flujo estable con dos
corrientes de fluido distintas. En qu 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
resistenciaque suministra 1.2KwH de energa a una habitacin por cada
KwH de
electricidad que consume. Esta es una afirmacin razonable o
el
inventor ha desarrollado una mquina de movimiento perpetuo?
Este dispositivo crea energa, y por lo tanto se trata de un
PMM1
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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 elctrico. El inventor afirma que el sistema de aire
caliente comprimido es 25 por ciento ms eficiente que un
sistema
de calefaccin por resistencias el cual proporciona una
cantidadequivalente de calentamiento. Es valida esta afirmacin o
solo se
trata de otra maquina de movimiento perpetuo?
Este dispositivo crea energa, y por lo tanto se trata de un
PMM1
Una bebida enlatada fra se deja en una habitacin ms 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 travs de
una
diferencia de temperatura finita.
Por qu 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 lmite. Dispositivos de produccin
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 qu un proceso de compresin sin cuasi equilibrio entrega
menos trabajo que le proceso de cuasi equilibrio
correspondiente?
Cuando el proceso de compresin es sin cuasi equilibrio, las
molculas detrs de la cara del pistn no pueden escapar lo
suficientemente rpido formando una zona de alta presin
delante
del pistn. Se necesita ms trabajo para mover el pistn en
contra
de esta regin de alta presin.
Por qu un proceso de expansin sin cuasi equilibrio entrega menos
trabajo que el proceso de
cuasi equilibrio correspondiente?
Cuando un proceso de expansin esta sin cuasi equilibrio, las
molculas detrs de la cara del pistn no puede seguir al pistn
lo suficientemente rpido, formando una regin de baja presin
detrs del pistn. La menor presin que empuja el pistn produce
menos trabajo.
Cmo se distinguen entre irreversibilidades internas y
externas?
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Las irreversibilidades que ocurren dentro de los lmites del
sistema son irreversibilidades internas y las que se
producen
fuera de los lmites del sistema son irreversibilidades
externas.
Un proceso reversible de expansin o compresin es necesariamente
de cuasi equilibrio? Un
proceso de expansin o compresin en cuasi equilibrio es
necesariamente reversible?
Una expansin reversible o proceso de compresin no pueden
implicar expansin incontrolada o compresin repentina, y por
lo
tanto es cuasi-equilibrio. Una expansin de cuasi-equilibrio
o
proceso de compresin, por otra parte, pueden implican
irreversibilidades externas (tales como la transferencia de
calor
a travs de una diferencia de temperatura finita), y por lo
tanto
no es necesariamente reversible.
