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.
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