Dispositivos de flujo estacionario

Toberas aceleradoras y difusores

            Las toberas son dispositivos diseñados para incrementar la velocidad de un fluido sacrificando la presión del mismo. Un difusor realiza la función inversa, es decir, incrementa la presión al desacelerar el fluido.

            La transferencia de calor entre el fluido y los alrededores es despreciable por la velocidad con la que los cruza. No se involucran con trabajo y la variación de energía potencial también es despreciable. El único cambio importante es el de la velocidad (energía cinetica).

Turbinas y compresores

            Una turbina utiliza el flujo para producir un trabajo gracias a que el fluido hace que las alabes (en caso de gases) o las aspas (en caso de líquidos) hagan girar una flecha.

            Los compresores incrementan la presión pero requieren de un trabajo externo para lograrlo. Lo consiguen con un eje giratorio. Un compresor es semejante a una bomba pero estas se usan para líquidos.

            Las turbinas producen potencia, los compresores la consumen. Las transferencias de calor tienden a cero salvo casos especiales en el que se enfríen de manera intencional. La energía potencial tiende a cero y en el caso de turbinas y ventiladores la energía cinetica aporta muy poco en comparación de la entalpia. En los compresores los cambios de energía cinetica son totalmente despreciables.

Válvulas de estrangulamiento

            Restringen el flujo por lo que la presión del fluido cae. Ejemplos de este dispositivo son las válvulas ajustables, los capilares y los tapones porosos. No implican un trabajo pero la disminución en la presión va acompañada de una disminución en la temperatura (aunque no de calor). Este fenómeno de enfriamiento es utilizado en refrigeración y aires acondicionados. Los cambios en las energías potencial y cinetica tienden a cero.

Cámaras de mezclado

            Básicamente sirven para mezclar dos corrientes de fluido. No confundir con el intercambiador de calor ya que en las cámaras de mezclado las corrientes entran en contacto directo. Un ejemplo es las regaderas que nos permiten mezclar agua fría y caliente. Los cambios de calor, trabajo, energía potencial y cinetica son todos insignificantes.

Intercambiadores de calor

            En este dispositivo dos corrientes de fluido intercambian calor entre sí (no a los alrededores) pero nunca entran en contacto. Un diseño básico es la de un tubo dentro de otro de mayor sección transversal. Un fluido corre en el interno y otro en el externo. Es común que el tubo interior gire dentro del exterior para aumentar la superficie de contacto y optimizar el intercambio de calor.

            Estos dispositivos no involucran trabajo ni cambios en las energías cinetica ni potencial. Para analizar la transferencia de calor debemos tener en cuenta que no ocurren afuera del intercambiador de calor, pero dentro del dispositivo ambas corrientes si intercambian calor entre sí. Es cuestión de seleccionar un volumen para analizar ya sea el interno o el externo.