Dinamica De Gases 521z3f

ECUACIÓN DE CONTINUIDAD La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy útil para el análisis de fluidos que fluyen a través de tubos o ductos con diámetro variable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del ducto a otra. Si se considera un fluido con un flujo a través de un volumen fijo como un tanque con una entrada y una salida, la razón con la cual el fluido entra en el volumen debe ser igual a la razón con la que el fluido sale del volumen para que se cumpla el principio fundamental de conservación de masa (

Representación de un dispositivo (Tobera, Turbina o Alabe) a través del cual fluye vapor o gas.

La ecuación de continuidad es empleada para el análisis de boquillas, toberas, altura de álabes de turbinas y compresores, perfil de los álabes de las turbinas a reacción entre otros

Balance de Energía Para llevar a cabo los balances de materia se utiliza la ley de conservación de la masa, la cual indica que la masa que ingresa al sistema es igual a la que sale más la acumulada en el proceso. De manera similar se puede enunciar la ley de conservación de energía,

la cual postula que toda la energía que entra a un proceso es igual a la que sale más la que queda en el proceso. La energía puede manifestarse de varias maneras. Algunas de sus formas más comunes son la Entalpía, Energía Eléctrica, la Energía química (en términos de la de la reacción), la Energía Cinética, la Energía Potencial, el Trabajo y el Flujo de Calor. Un tipo de balance de energía más útil para el flujo de fluidos, en especial de líquidos, es una modificación del balance total de energía que considera la energía mecánica. Casi siempre, a los ingenieros les interesa primordialmente este tipo especial de energía, llamado energía mecánica, que incluye el término de trabajo a la energía cinética, a la energía potencial y la parte de trabajo de flujo del término de Entalpía. La energía mecánica es una forma de energía que es, o bien un trabajo, o una forma que puede transformarse directamente en trabajo. La energía que se convierte en calor, o en energía interna, es trabajo perdido o una pérdida de energía mecánica causada por la resistencia friccional al flujo, dicha pérdida es la suma de todas las pérdidas por fricción por unidad de masa ( Mecánica:

). Así, obtenemos el balance de Energía

Donde:

Tipos de gases

Los gases tienen unas propiedades físicas y químicas, las primeras conducen a que los gases sean comprensibles, que ocupen todo el volumen del recinto en donde se encuentren, etc. En cuanto a las propiedades químicas, conducen a la existencia de los siguientes tipos de gases: · Gases inertes: No arden, no mantienen la combustión y en su seno no es posible la vida, argón, nitrógeno, etc. · Gases comburentes: Son indispensables para mantener la combustión, oxígeno, protóxido de nitrógeno, etc. · Gases combustibles: Arden fácilmente en presencia del aire o de otro oxidante, hidrógeno, acetileno.

· Gases corrosivos: Capaces de atacar a los materiales y destruir los tejidos cutáneos, cloro. · Gases tóxicos: Producen interacciones en el organismo vivo, pudiendo provocar la muerte a determinadas concentraciones, monóxido de carbono. Estas propiedades hacen que la utilización de los gases por el hombre le suponga un riesgo si no se toman las medidas adecuadas, máxime teniendo en cuenta que muchos de los gases tienen más de una de las citadas propiedades. DEBIDO AL USO. Para la utilización de los gases es necesario transportarlos desde el lugar de obtención o fabricación al de utilización o consumo. Al igual que en cualquier tipo de mercancía prima el principio económico de transportar la máxima cantidad en el mínimo volumen. Para poder llevarlo a efecto, y en función de las características del gas de que se trate, se procede a comprimirlos , licuarlos e incluso disolverlos a presión en un medio acuoso si la inestabilidad del mismo así lo requiere.

Estas operaciones suponen añadir nuevos riesgos a los derivados de sus propiedades, como son por ejemplo la presión, el frío que muchas veces es necesario para licuarlos, el gran volumen de gas que se produciría al vaporizarse desde el estado líquido, etc. Todo ello conlleva que los gases sean considerados como mercancías peligrosas, y de hecho así son considerados en el Reglamento Nacional de Transporte de Mercancía Peligrosas por Carretera, en el que quedan incluidos en la Clase 2, "Gases comprimidos, licuados y disueltos a presión", en que el citado Reglamento clasifica las sustancias.

CLASIFICACIÓN

DE LOS

GASES

Establecidas las anteriores premisas, es necesario clasificar los distintos tipos de gases que se emplean: ◦ Gas comprimido: Gas o mezcla de gases cuya temperatura crítica es menor o igual a - 10º C. ◦ Gas licuado: Gas o mezcla de gases cuya temperatura crítica es mayor o igual a 10º C. ◦ Gas inflamable: Gas o mezcla de gases cuyo límite de inflamabilidad inferior es menor o igual al 13%, o que tenga un campo de inflamabilidad mayor de 12%. ◦ Gas tóxico: Aquel cuyo límite de máxima concentración tolerable durante 8 horas/día y 40 horas/semana, (T.L.V.), es inferior a 50 ppm.

◦ Gas corrosivo: Aquel que produce una corrosión de más de 6 mm/año, en un acero A33 UNE 36077-73, a una temperatura de 55ºC. ◦ Gas oxidante: Aquel capaz de soportar la combustión con un oxipotencial superior al del aire. ◦ Gas criogénico: Aquel cuya temperatura de ebullición a la presión atmosférica, es inferior a 40ºC. A las anteriores definiciones hay que añadir otras que hacen referencia a la utilización propiamente dicha de los gases, y que según el anterior Reglamento de Aparatos a Presión, son las siguientes: ◦ Gas industrial: Los principales gases producidos y comercializados por la industria. ◦

Mezclas de gases industriales: Aquellas mezclas de gases que por su volumen

de comercialización y su aplicación, tienen el mismo tratamiento que los gases industriales. ◦ Mezclas de calibración: Mezcla de gases, generalmente de precisión, utilizados para la calibración de analizadores, para trabajos específicos de investigación u otras aplicaciones concretas, que requieren cuidado en su fabricación y utilización. Efectos gravitacionales y la energía mecánica potencial

Un objeto con energía cinetica puede realizar trabajo sobre otro objeto, como lo ilustra el movimiento de un martillo de un martillo que clava un clavo en la pared. Veremos ahora que un objeto tambien puede ralizar trabajo por efecto de la energía que produce su posición en el espacio. Cuando un objeto cae en un campo gravitacional, el campo ejerce una fuerza sobre el en la direccion de su movimiento, efectuando trabajo sobre el, con lo cual incrementa su energía cinetica. Concidere un ladrillo que se dejo caer desde el reposo directamente sobre el clavo de una tabla que está horizontal sobre el suelo. Cuando es soltado el ladrillo cae hacia la tierra ganando velocidad y, en consecuencia, ganando energía cinetica. Gracias a su posición en el espacio, el ladrillo tiene energía potencial (tiene el potencial para hacer trabajo), la cual se convierte en energía conforme cae. En el momento en que el ladrillo llega al suelo, efectua trabajo sobre el clavo encajándolo en la tabla. La energía que un objeto tiene debido a su posición en el espacio recive el nombre de energia potencial gravitacional. Es la energia mantenida por un campo gravitacional y transferida al objeto conforme este cae. Las unidades de la energía potencial gravitacional son las mismas que las del trabajo. Esto significa que la energía potencial pude expresarse en joule, erg o pie/libra. La energia potencial, como el trabajo y la energía cinetica, es una cantidad escalar. Advierta que la energía potencial gravitacional asociada a un objeto solo depende de la altura vertical de este sobre la superficie dce la tierra. De acuerdo con esto, observamos

que el trabajo hecho por la fuerza de la gravedad sobre un objeto conforme este cae verticalmente hacia la tierra es el mismo que si empezara en el mismo punto y se deslizara por una pendiente sin fricción hacia la tierra. En problemas de trabajo que abarquen a la energia potencial gravitacional, siempre es necesario establecer igual a cero su valor en algun punto. La elección del nivel del cero es pór completo arbitraria puesto que la cantidad importante es la diferencia en la energía potencial y esta diferencia es independiente de la elección del nivel cero. Ccon frecuencia es conveniente elegir la superficie de la tierra como la posicion de referencia para energía potencial cero, pero, otra vez, esto no es importante. Casi siempre, el planteamiento del problema indica un nivel conveniente que elegir. Ecuacion de Bernoulli para fluido compresible

Ecuación de Bernoulli para fluidos compresibles: Esta es también conocida como ecuación de Saint Venant. La ecuación es similar a la del flujo incompresible, donde la expresión se ve afectada por el término (1+ 0,25 . M²) donde M es el número de Mach. Ecuación de Bernoulli para flujo compresible pt - ps = ½ . d . V² .(1+ 0,25 . M²) APLICACIONES Ejempo 1 Un líquido fluye por una tubería horizontal cuyo radio interior es de 2.52 cm. La tubería se dobla hacia arriba con una altura de 11.5 m donde se ensancha y se une con otra tubería horizontal de 6.14 cm de radio interior. Cuál debe ser el flujo volumétrico si la presión en las dos tuberías horizontales es la misma? Solución Si aplicamos la la ecuación de bernoulli en el punto más bajo de la tubería (punto 1) y en el punto más alto de la misma (punto 2); y si además (de las condiciones del problema) consideramos el hecho de que las presiones en estos dos puntos deben ser iguales, , entonces tenemos que

Considerando que el flujo volumétrico debe ser el mismo a lo largo de toda la tubería también contamos con la ecuación.

Combinando esta ecuación con la ecuación de Bernoulli podemos encontrar

Conociendo esta velocidad el flujo volumétrico es el producto de esta velocidad por el área de la sección transversal del tubo