Un Volumen de Control

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8/19/2019 Un Volumen de Control http://slidepdf.com/reader/full/un-volumen-de-control 1/7 un volumen de control, como suele llamarse, es una región elegida apropiadamente en el espacio. Generalmente encierra un dispositivo que tiene que ver con flujo másico, como un compresor, turbina o tobera. El flujo por estos dispositivos se estudia mejor si se selecciona la región dentro del dispositivo como el volumen de control. Tanto la masa como la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control. El calor  se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas , sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de maor temperatura !acia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia !asta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico"ejemplo# una bebida fría dejada en una !abitación se entibia$. el trabajo es una transferencia de energía . %i W es el trabajo realizado sobre un sistema W es positivo, la energia se transfiere al sistema& si W es negativo, la energia se transfiere desde el sistema. 'or lo tanto, si un sistema interactua con su entorno, esta interaccion se describe como una transferencia de energia a traves de las fronteras del sistema. El resultado es un cambio en la energia almacenada en el sistema. En la seccion (.) se aprendera acerca del primer tipo de almacenamiento de energia, despues de investigar mas aspectos del trabajo. En física clásica, la le universal de conservación de la energía *que es el fundamento del primer principio de la termodinámica*, indica que la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en el tiempo. Eso significa que para multitud de sistemas físicos clásicos la suma de la energía mecánica, la energía calorífica, la energía electromagnética , otros tipos de energía potencial es un n+mero constante.

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un volumen de control, como suele llamarse, esuna región elegida apropiadamente en el espacio. Generalmenteencierra undispositivo que tiene que ver con flujo másico, como un compresor,turbinao tobera. El flujo por estos dispositivos se estudia mejor si seselecciona laregión dentro del dispositivo como el volumen de control. Tanto lamasacomo la energía pueden cruzar la frontera de un volumen de control.

El calor  se define como la transferencia de energía térmica que se daentre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo quese encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en

termodinámica generalmente el término calor significa transferencia deenergía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo demaor temperatura !acia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendola transferencia !asta que ambos cuerpos se encuentren en equilibriotérmico"ejemplo# una bebida fría dejada en una !abitación se entibia$.

eltrabajo es una transferencia de energía. %i W es el trabajo realizadosobre un sistema W es positivo, la energia se transfiere al sistema& si

W es negativo, la energia se transfiere desde el sistema. 'or lo tanto,si un sistema interactua con su entorno, esta interaccion se describecomo una transferencia de energia a traves de las fronteras delsistema. El resultado es un cambio en la energia almacenada en elsistema. En la seccion (.) se aprendera acerca del primer tipo dealmacenamiento de energia, despues de investigar mas aspectosdel trabajo.

En física clásica, la le universal de conservación de la energía *quees el fundamento del primer principio de la termodinámica*, indicaque la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en eltiempo. Eso significa que para multitud de sistemas físicos clásicos lasuma de la energía mecánica, la energía calorífica, la energíaelectromagnética, otros tipos de energía potencial es un n+meroconstante.

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a potencia es la cantidad de trabajo que se realiza por unidad de

tiempo. 'uede asociarse a la velocidad de un cambiode energía dentro de un sistema, o al tiempo que demora laconcreción de un trabajo. 'or lo tanto, es posible afirmar que la

potencia resulta igual a la energía total dividida por el tiempo.

El etendido uso de la propiedad entalpía se debe al profesor -ic!ardollier, quien reconoció la importancia del grupo u / Pv en el análisisdeturbinas de vapor en la representación de las propiedades del vaporde aguaen forma tabular gráfica "como en el famoso diagrama de ollier$.ollier se refirió al grupo u / Pv como contenido de calor calor total ,términos queno eran mu congruentes con la terminología de la termodinámicamodernapor lo que se sustitueron en la década de los treinta por el términoentalpía"de la palabra griega enthalpien que significa calentar $.

e dice que un sistema físico está en estado estacionario cuando lascaracterísticas del mismo no varían con el tiempo. También se dice

que un sistema está en estado estacionario si las variaciones con eltiempo de las cantidades físicas son periódicas se repiten de maneraidéntica a cada periodo. Es el estado de referencia en termodinámicade procesos irreversibles. El estado estacionario de un sistema abiertoque está en equilibrio se define como aquél en el que no varían lasvariables de estado "temperatura, volumen, presión, etc.$ , por tanto,tampoco se modifican, con el tiempo, las funciones de estado"entropía, entalpía, etc.$. El estado estacionario es un estado de

mínima producción de entropía0omo uno de los conceptos fundamentales de la 1ísica, la fuerzapuede interpretarse como cualquier influencia que tienda a cambiar elestado de movimiento de un objeto. 2uestro conocimiento actual es,que eisten cuatro fuerzas fundamentales en el 3niverso, 4a fuerza dela gravedad, la fuerza nuclear débil, la fuerza electromagnética la

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fuerza nuclear fuerte, indicadas en orden ascendente de intensidad.En mecánica, las fuerzas son consideradas como las causantes de losmovimientos lineales de los objetos, mientras que los causantes delosmovimientos de rotación se llaman pares. 4as acciones que las

fuerzas ejercen sobre el movimiento de los cuerpos se describen enlas 4ees de 2e5ton bajo condiciones ordinarias, aunque !a notablesecepciones.

4as fuerzas son in!erentemente cantidades vectoriales, requiriendola suma de vectores para combinarlas.

4a presión "símbolo p$6 7 es una magnitud física que mide laproección de la fuerza en dirección perpendicular  por unidad de

superficie, sirve para caracterizar cómo se aplica una determinadafuerza resultante sobre una línea.

 %e define esfuerzo como la fuerza por unidad de superficie quesoporta ó se aplica sobre un cuerpo, es decir es la relación entre lafuerza aplicada la superficie en la cual se aplica. 3na fuerza aplicadaa un cuerpo no genera el mismo esfuerzo sobre cada una de lassuperficies del cuerpo, pues al variar la superficie varia la relaciónfuerza 8 superficie, lo que comprende el esfuerzo.

4a velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que epresala distancia recorrida de un objeto por unidad de tiempo.

4a velocidad angular  es una medida de la velocidad de rotación. %edefine como el ángulo girado por una unidad de tiempo se designamediante la letra griega 9

El concepto aceleración se refiere al cambio en la velocidad de un

objeto. %iempre que un objeto cambia suvelocidad, en términos de sumagnitud o dirección, decimos que está acelerando.

El momento lineal es un concepto clave en 1ísica, dado que es unacantidad que se conserva. Esto quiere decir que, en un sistema

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cerrado de objetos que interact+an, el momento total de ese sistemano varía con el tiempo.

línea de corriente 0urva que en todaspartes es tangente al vector de velocidad de un campo develocidad de fluido en un instante fijo del tiempo. 'or lo tanto,las líneas de corriente indican la dirección del movimiento delfluido en cada punto. En un flujo estacionario, las líneas decorriente son constantes en el tiempo las partículas de fluidose mueven a lo largo de las líneas de corriente. En un flujonoestacionariolas líneas de corriente cambian con el tiempo las

partículas de fluido no se mueven a lo largo de líneas decorriente.

línea de trayectoria :6;<, 6=7># 0urva que traza la traectoriade una partícula de fluido conforme viaja a través de un flujodurante un periodo de tiempo. ?e manera matemática, es lacurva a través de los puntos trazados por el vector de posiciónmaterial : x partícula"t $, y partícula"t $, z partícula"t $> durante un periodo detiempo definido. 'or lo tanto, las líneas de traectoria se formana lo largo del tiempo, cada partícula de fluido tiene su propia

línea de traectoria. En un flujo estacionario, las partículas defluido se mueven a lo largo de líneas de corriente, de modo quelas líneas de traectoria las líneas de corriente coinciden. %inembargo, en un flujo no@estacionario, las líneas de traectoria

las líneas de corriente por lo general son mu diferentes.  A partir de ladefinición de línea de corriente se puede definir, para flujos

laminares, el concepto de tubo de corriente, como la superficieformada por las líneas de flujo que parten de una curva cerrada.

En casos no estacionarios, aunque la línea cerrada no varía, el tubode corriente las líneas de corriente sí lo !acen. 'or el contrario, parael caso estacionario el tubo de corriente permanece fijo en el espacio alo largo del tiempo.

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1luido ideal. %e llama fluido ideal, a un fluido de viscosidad nula,incompresible deformable cuando es sometido a tensiones cortantespor mu pequeBas que éstas sean. 1luido real. %e llama fluido real, aun fluido que es viscoso 8o compresible

flujo potencial :C=)># %inónimo de flujo irrotacional . Dsta esuna región de un flujo con vorticidad despreciable "es decir,rotación de partícula de fluido$. En estas regiones eiste una

función potencial de velocidad "de a!í el nombre$.

flujo viscoso (regiones de flujo viscoso) :># -egiones de unflujo de fluido donde las fuerzas viscosas son significativas enrelación con otras fuerzas "usualmente, fuerza de presión$ sobre

 partículas de fluido en esta región del flujo, por tanto no sepuede despreciarlas en la segunda Ley de Newton del

movimiento "compare con regiones de flujo invíscido$.

flujo incompresible :6<, 66, C<F, )F;># 3n flujo de fluidodonde las variaciones en la densidad son suficientementepequeBas para ser despreciables. 'or lo general, los flujos sonincompresibles o porque el fluido es incompresible "líquidos$ o

porque el n+mero de ac! es bajo "aproimadamente / <.;$.

1lujo compresible

Todos los fluidos son compresibles, incluendo los líquidos. 0uandoestos cambios de volumen son demasiado grandes se opta porconsiderar el flujo como compresible "que muestran una variaciónsignificativa de la densidad como resultado de fluir$, esto sucedecuando la velocidad del flujo es cercano a lavelocidad del sonido.

Estos cambios suelen suceder principalmente en los gases a quepara alcanzar estas velocidades de flujo en líquidos, se precisa depresiones del orden de 6<<< atmósferas, en cambio un gas sóloprecisa una relación de presiones de 7#6 para alcanzar velocidadessónicas. 4a compresibilidad de un flujo es básicamente una medida enel cambio de la densidad.

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flujo laminar :66, ;7;># Estado estable bien ordenado de flujode fluido en el que todos los pares de partículas de fluidoadacentes se mueven a lo largo unas de otras formandoláminas. 3n flujo que no es laminar es turbulento o entransición !acia la turbulencia, lo que ocurre a un nmero de

!eynolds maor que el crítico.

flujo turbulento :66, ;7;># Estado desordenado e inestable deflujo de fluido vorticial que es in!erentemente no"estacionario que contiene remolinos de un amplio rango de tamaBos "oescalas$. 4os flujos turbulentos siempre son a nmeros de!eynolds por arriba de un valor crítico que es grande en relacióncon 6. El proceso de mezclado se aumenta enormemente, losesfuerzos de corte a lo largo de superficie son muc!o maores

la pérdida de carga aumenta considerablemente en losflujosturbulentos, en comparación con los correspondientes flujos

laminares.

Flujo uniforme# Este tipo de flujos son poco comunes ocurrencuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento esidéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado oepresado matemáticamente# dv8ds<

Flujo no uniforme# Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo deflujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de laviscosidad143HI E%TAJ4E

 En este estado se presenta que la presión del acimiento no varía conel tiempo en unpunto dado indicando que cada unidad de masaretirada está siendo reemplaza por lamisma cantidad que se adicionaal sistema. Este tomar lugar en acimientos con empujede agua ocapa de gas

143HI K2E%TAJ4E

 En este estado se presenta que la presión del acimiento varía con eltiempo. En esteestado el pozo se somete a producción a condicionesde presión de fondo constantes.Knicialmente la presión avanza dentrodel acimiento drenando una cantidad de fluidos, amedida que lapresión avanza el movimiento de flujo es menor dentro del acimiento.3navez que la presión llega a la frontera, no eiste un soporte parasostener la presión estacae a otro punto de modo que se mantenga

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la presión del pozo constante. ?ic!a caída depresión en la frontera!ace que cada vez el caudal en el pozo se !aga menor 

Flujos unidimensional

Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de unavariable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidadtransversales a la dirección principal del escurrimiento. ?ic!os flujos sedan en tuberías largas rectas o entre placas paralelas.

Flujo bidimensional  Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables

espaciales. Es decir "L M$  En este tipo de flujo se supone que todas las partículas fluen sobreplanos paralelos a lo largo de traectorias que resultan idénticas si secomparan los planos entre sí, no eistiendo, por tanto, cambio algunoen dirección perpendicular a los planos.

Flujos tridimensional

  El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es elcaso más general en que las componentes de la velocidad en tresdirecciones mutuamente perpendiculares son función de lascoordenadas espaciales , , z, del tiempo t.