INICIO

BALANCE DE ENERGÍA Y POTENCIA EN UN SISTEMA TERMODINÁMICO ABIERTO

Hemos dicho que al estudiar termodinámica, puede ser que queramos analizar un sistema en el que hay intercambio de masa.

En ese caso, resulta interesante hacer un balance de energía sobre el volumen de control.

No olvidar que volumen de control (v.c.) significa lo mismo que sistema termodinámico: una parte de la realidad que desea analizarse. Pero se reserva la palabra volumen de control para cuando este es abierto e intercambia materia con su entorno.

Un balance de energía sirve para ver qué tenemos entre manos, y básicamente consiste en analizar la energía total que entra y sale del sistema.

Así, tendríamos que el balance de energía para el volumen de control (Evc), es igual a:

De forma diferencial (considerando cantidades infinitamente pequeñas) sería:

volumen-control-balance-energia

La buena pregunta puede ser:

¿Por qué ponemos el trabajo con signo negativo?

Porque ese es el criterio de signos estándar en el estudio de la Termodinámica.

Vale.

¿Y qué energía consideramos para la masa que entra y sale?

Pues tanto la energía interna como la cinética (un medio de la velocidad al cuadrado) como la potencial (producto de gravedad por altura).

energia-balance-termodinamico

Perfecto.

Ahora consideremos todas las consideraciones juntas, pero por unidad de tiempo:

balance-potencia-termodinamico

Eso así está muy bonito.

Pero vamos a seguir considerando una serie de cosas.

¿Qué trabajo hace el fluido para entrar y salir del sistema?

Este trabajo está asociado con el rozamiento de la materia a través de los conductos.

trabajo-flujo-balance

¿Y qué trabajo neto nos aporta toda esta fiesta a nosotros?

Movimiento de ejes, desplazamiento de la frontera o rozamientos con el exterior, etc…

trabajo-neto-volumen-control

Si tenemos en cuenta ambas consideraciones con respecto a la transferencia de trabajo puesta en juego, tenemos que:

trabajo-balance-energetico-sistema-abierto

Y si operamos con los valores, podemos observar que en la expresión final están invitadas las entalpías específicas.

balance-energia-entalpias

De forma que podemos obtener una expresión super mega general:

balance-potencia-sistema-abierto

Esta expresión recibe el nombre de balance de potencia para un volumen de control.

Parece un gusano feo de tronco de madera de cajón de barco, pero no lo es.

Son letras que están ahí representando verdades.

Muchas verdades se han quedado silenciadas, por consideraciones técnicas que no estamos considerando, pero no pasa nada.

Así de momento está bastante bien.

Balance de potencia en estado estacionario

Cuando llegamos a la estación, nos paramos y nos relajamos.

Pues lo mismo pasa con los procesos y los asuntos termodinámicos.

La cosa es que llega un momento en el que las variables de estado de nuestro volumen de control dejan de reajustarse.

Imagínate que tu volumen de control es una esfera en la que entra vino y sale vino.

Mientras la esfera se esté llenando, el flujo másico de vino no será igual a la entrada que a la salida, ni tampoco el calor puesto en juego durante el proceso de llenado.

Cuando la esfera está completamente, sucede que todo está armónicamente funcionando.

Las gallinas que entran por las que van saliendo.

Y en ese momento se alcanza el estado estacionario, el cual es super mega característico porque en este la variación de energía total del volumen de control durante el paso de tiempo es cero.

volumen-control-balance-estacionario

Esto es importante como idea para quien disfrute las ideas, y también es importante como clave para aprobar exámenes.

Así que es importante para todos.

Aproximaciones considerables

A veces, uno puede ahorrarse calcular el calor o el trabajo del volumen de control.

Calor despreciablemente nulo

Bien.

Trabajo despreciablemente nulo

Bien.

Seguir aprendiendo

Índice: Aprender Termodinámica online.

Siguiente: Balance de entropía en un volumen de control.