Aplicaciones de los termofluidos

Aplicaciones de los termofluidos, todos los seres humanos son expertos en el estudio de los termofluidos, ya que se mantienen con vida al respirar aire, beber agua y consumir alimentos para producir la energía que sirve para mover sus cuerpos. En forma más reciente el estudio de los termofluidos, nos ha proporcionado conocimiento de cómo funciona el cuerpo humano. La comida que proporciona los nutrientes es la energía que consume el cuerpo. Después de esto vamos a ver la aplicación de los termofluidos en la ingeniería. En la casa recibimos el agua y los combustibles para cocinar los alimentos. El agua potable nos llega a través de tuberías desde los ríos o presas colocadas a cierta distancia. Por otra parte, los combustibles nos llegan embotellados o por tuberías, para usarlos en las estufas o en hornos y que nos proporcionan energía calorífica para cocinar los alimentos. La representación más fácil es el calentador casero de agua para bañarse o también llamado boiler, este costa de dos sistemas abiertos, por un lado recibe gas butano y aire que al quemarse por medio del piloto, se convierten en gases de combustión. Por la tubería de entrada llega agua fría que se deposita en el fondo del recipiente, en donde recibe energía calorífica cedida por los gases de combustión y por lo tanto se calienta, saliendo a continuación por la tubería de salida. Por otra parte, los gases después de dejar su energía salen al exterior por la chimenea. Otra aplicación muy conocida es en un refrigerador doméstico, el cual se considera un ciclo.

Para medir los fenómenos naturales el hombre siempre ha necesitado de la definición de patrones de comparación los que constituyen los sistemas de unidades. Por lo que antes de iniciar nuestro estudio de los termofluidos, tenemos que definir en qué sistemas de unidades vamos a trabajar.

Dimensión es el nombre que se le da a una cualidad o característica física. Estas se dividen en fundamentales o básicas y secundarias o derivadas. A la magnitud arbitraria de una dimensión empleada como estándar para propósitos de medición o cálculo se le conoce como unidad. Las dimensiones fundamentales pueden ser longitud, masa, tiempo. Por otra parte las dimensiones secundarias o derivadas, se obtienen a partir de la derivación de las ecuaciones fundamentales, por ejemplo; el área, L2, el volumen, L3. Usualmente se pueden obtener a partir de leyes o principios universales. La medida es un número expresado en un sistema de unidades. Nosotros en termo vamos a utilizar;

masa = kg; longitud = m; Tiempo = s; temperatura = K o a veces ºC

investigar como se realizó el sistema internacional de unidades S.I. y el sistema ingles, además, de que unidades se compone el S.I. Preferentemente las unidades, múltiplos y submúltiplos de

masa, longitud, tiempo, área, volumen, velocidad, aceleración, valor de la constante de la gravedad en la tierra, fuerza, presión, trabajo, energía, potencia, temperatura absoluta y relativa.

La energía, E, es inherente a toda la materia, es algo que aparece en muchas formas diferentes, que se relacionan entre sí por el hecho, de que se puede realizar la conversión de una clase a otra. Aunque no es posible dar una definición simple del término general de energía, las diversas formas en que se manifiestan se pueden definir con precisión. Por ejemplo; el trabajo, el calor, las energías potencial, cinética, interna, nuclear, eléctrica, etc.

A la cantidad absoluta de materia contenida en un espacio o cuerpo se le conoce como masa, m, la cual es una cantidad invariable cuando la velocidad de esta es pequeña en comparación con la velocidad de la luz. Es una propiedad del sólido o del fluido, que se mide por su inercia ó resistencia a un cambio de movimiento. Es también una medida de la cantidad de fluido. Por lo que; todo lo que nos rodea tiene masa, ya sea que no se vea como el aire, o se vea y se toque como las nubes, el hielo, las piedras, los refrescos y las plantas. Con una balanza se puede medir muy fácilmente la masa de un cuerpo, medición que con gran desatino se le llama pesar.

Un cuerpo colocado en la superficie de la tierra, experimentara una fuerza constante de atracción generada por la acción de la gravedad, esta fuerza recibe el nombre de peso. El valor estándar de la gravedad a nivel del mar es de 9.81 m/s2. Entonces,

W = mg [=] N

Aquí tenemos que hacer una aclaración, la masa es la misma en cualquier lugar en donde se mida, pero el  

peso no. Por ejemplo; una manzana tiene una masa de 0.100 kg, en la tierra pesaría 0.981 N, mientras que en la luna pesaría 0.140 N, ya que la gravedad en la luna es de 1.40 m/s2.

por este hecho es que los astronautas son capaces de brincar tan alto.

Por otra parte, si en lugar de un cuerpo sólido, se maneja un fluido, el peso es la cantidad que pesa un fluido, es decir,

La fuerza con la que la masa de un fluido es atraído hacia la tierra por la acción de la gravedad y se le define como,

Wf = mg [=] N el cual puede medirse con un dinamómetro de resorte

Investigar la ley de la gravitación universal y la segunda ley de newton, como se puede medir masa, peso y fuerza, que es un dinamómetro, ecuación que relaciona la masa con la energía o teoría de la relatividad

ejemplo: calcule la masa de un tanque de gasolina si este pesa 1.35 kN

Wf = mg

despejando m = = = 137.61 kg

ejemplo: calcule el peso de un tanque que tiene una masa de 80 lbm.

aquí se debe de utilizar la constante gc = 32.2 lbm pie/lbf s2, por eso se dejo de utilizar el sistema ingles

Wf = = = 80 lbf

Investigar que es el modelado de sistemas y de procesos

Nosotros utilizaremos como base del modelaje, el concepto de sistema que se verá más adelante y la ecuación de balance

Entradas - Salidas + Producción - Consumo = Acumulación

Estas bases fundamentales se aplicarán al balance de materia y energía, o sea al análisis de la masa y energía que entra , sale, se produce, se consume o se acumula dentro de un sistema.

Se supone que ustedes ya tienen conocimiento de lo que es sistema, propiedades, equilibrio, etc., sin embargo, para que se puedan establecer las teorías físicas que vamos a utilizar, necesitamos definir estos conceptos con la mayor exactitud posible.

Un sistema termodinámico, fluídico o simplemente un sistema es aquella porción del universo físico que nosotros consideramos para su estudio, el cual tiene ciertas características de volumen, temperatura, presión

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