TERMODINÁMICA2012 TOBERAS Y SUS APLICACIONES TOBERAS Y SUS APLICACIONES Estudiantes: Iván Darío Benavides Turizo Mayra Alejandra Peña Tabares Daniel José Rivera Otero Ornella Elisa Rodríguez Bedoya Termodinámica Profesor: Carlos Menassa Gordon Julio 7/2012 1 Programa de Ing. Industrial UNIVERSIDAD DEL ATLÁNTICO FACULTAD DE INGENIERÍA PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL TOBERAS Y SUS APLICACIONES IVAN DARIO BENAVIDES TURIZO MAYRA ALEJANDRA PEÑA TABARES DANIEL JOSÉ RIVERA OTERO ORNELLA ELISA RODRÍGUEZ BEDOYA TERMODINÁMICA ING. CARLOS ALBERTO MENASSA GORDON BARRANQUILLA – JULIO 7 DE 2012 2 Al profesor Carlos Menassa Gordon Profesor de la asignatura Y a nuestros compañeros de Ingeniería Industrial V Semestre 3 .....................................................................................................................................................................................................................................................................7 TOBERAS Y SUS APLICACIONES ................................................4 INTRODUCCIÓN ...............7 Objetivos Específicos ...........................................................................................................................9 Funciones ..............................................................................................................6 OBJETIVOS ....................................................................................................................................................... 20 4 ................... 15 Toberas de Cono Hueco ............................................................................................................................................................................................................. 17 Toberas de Niebla .............................................................................. 18 Toberas Atomizadoras .....9 Caudal a través de una Tobera ............................ 11 Ejemplo de los Sistemas de Instalación de Toberas .................................. 19 Funcionamiento Básico de una Tobera Magnética.......................................8 Ventajas: ............................................................................................ 17 Toberas Rotativas............................................................................................................................. 14 Toberas de Presión......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 16 Toberas de Choque ....................................... 14 Asimétrica ............................................................................................................................................................................. 10 Angulo de Cobertura ............... 15 Toberas de Cono Macizo ......................................................................................................................................................................................................................................................................................TABLA DE CONTENIDO Contenido TABLA DE CONTENIDO ..............................................................................................................................................................................8 Toberas .................. 12 Tipos de Toberas ............ 18 Tobera Magnética ........ 10 Tamaño de Gota............................. 16 Toberas .......................... 14 Simétrica .............................................................................................................................................................7 Objetivo General ........................................................................................................................................................................................................................................................ ....... Aceleración de Vapor en una Tobera........................................................... 22 Fundas de Tobera Estándar ................................................Toberas de Inyección ...................... 37 5 ............................................................................................................................................................................................................................................................... 26 Sistemas que emplean toberas ......................................... 21 Toberas de Inyección Estándar para Motores Diesel ................................................................ 26 Equipos de Soldadura ................................................. 26 Sistemas de Riego y Aspersores ................................................................. 27 Extintores ...................................................................................................................................................................................... 30 1.......................................................................................... 25 Aplicaciones Prácticas de las Toberas .................................... aviones de combate y sistemas de propulsión .... 29 Bombas de Combustible .............................. 36 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................................. 22 Características de las Toberas Bosch y Zexel ........................................ 25 Beneficios de las Toberas Bosch y Zexel .............................................................................................................................................................................................................................................................................................................. 30 Ejercicios Relacionados con las Toberas ................................................................................................................................................................... 28 Aparatos electrónicos ............................ 26 Cohetes........................................................... 30 CONCLUSIONES .......................................... en una época en la que no existía una teoría que justificara el comportamiento de los gases. El objetivo del trabajo es conocer más detalladamente acerca de las toberas. como inyectores. diseñó la tobera convergente-divergente que permite extraer la máxima energía a un chorro de gas caliente. diseñó la turbina de vapor que incorporaba a sus ingenios lecheros. Con intuición. Esto y mas lo estudiaremos en el trabajo desarrollado a continuación. las toberas. se usa hoy en cohetes para alcanzar las estrellas. Aplicada inicialmente a máquinas de vapor para separar mantequilla. El aumento de velocidad que sufre el fluido en su recorrido a lo largo de la tobera es acompañado por una disminución de su presión y temperatura. las características y propiedades que poseen.INTRODUCCIÓN Una tobera es un dispositivo que convierte la energía potencial de un fluido en energía cinética. al conservarse la energía. es utilizado en turbomáquinas y otras máquinas. 6 . reconociendo la gran importancia que tienen en la industria. en momentos de nuestra sociedad industrial es importante la utilización de diferentes dispositivos como bombas turbinas y la que estudiaremos en este trabajo. Como tal. En nuestros tiempos. Carl Gustav Patrick de Laval. Objetivos Específicos Mostar el principio de funcionamiento y operación de las toberas y su relación con los principios termodinámicos Conocer la funcionalidad de las toberas. Diferenciar los distintos tipos de toberas existentes y las características propias que presentan cada una. y las aplicaciones de las mismas en diversos campos termodinámicos.OBJETIVOS Objetivo General Explicar detalladamente la importancia de las toberas en el campo de la Ingeniería. a través de sus beneficios y usos. funciones. realzando su importancia dentro de diversos dispositivos de Ingeniería. 7 . ventajas y desventajas. basados en sus características. Establecer las ventajas que presentan las toberas sobre otros dispositivos de Ingeniería. Estudiar las distintas aplicaciones que se tienen con las toberas. es generalmente muy pequeña. se deben tomar en cuenta los cambios de energía cinética al analizar el flujo por estos dispositivos. los componentes de una termoeléctrica. no se mantiene suficiente tiempo en el dispositivo como que ocurra alguna transferencia de calor importante. Es un componente crítico del sistema de inyección. tanto en forma térmica como de presión. disminuye en la dirección del flujo para flujos subsónicos y aumenta para los supersónicos. Una tobera es un dispositivo que incrementa la velocidad de un fluido a expensas de la presión. los compresores. cohetes. intercambiadores de calor y bombas. El aumento de velocidad que sufre el fluido en su recorrido a lo largo de la tobera es acompañado por una disminución de su presión y temperatura. Comúnmente. Son utilizadas en turbomáquinas y otras máquinas. La tasa de transferencia de calor entre el fluido que fluye por una tobera y los alrededores. Por lo tanto. los cuales son dispositivos utilizados para bombear fluidos. operan sin parar durante meses antes de detener el sistema para mantenimiento. ya que el fluido tiene velocidades altas y por lo tanto. entonces cuando un fluido pasa por alguno de estos dispositivos experimenta grandes cambios en su velocidad. normalmente están relacionadas con velocidades muy altas. En las toberas. y cualquier cambio de energía potencial es insignificante. se encarga de incrementar la presión de un fluido al desacelerarlo. El dispositivo que lleva una tarea opuesta a las toberas es el difusor. Toberas Una tobera es un dispositivo que convierte la energía potencial de un fluido. por lo tanto. las toberas no tienen que ver con trabajo. pueden ser analizados de manera conveniente como dispositivos de flujo estable. en energía cinética. como las turbinas. Las toberas y los difusores se utilizan generalmente en motores de propulsión a chorro. es decir W=0. vehículos especiales e incluso en mangueras de jardín.TOBERAS Y SUS APLICACIONES Muchos dispositivos de Ingeniería operan en esencia bajo las mismas condiciones durante periodos largos. Por ejemplo. su área de sección transversal. al conservarse la 8 . Este último. como inyectores. Pero las toberas. las diferentes secciones transversales. La tobera que usan los cohetes experimentales se denomina De Laval y los flujos que recorren dicha tobera se consideran compresibles al moverse a velocidades supersónicas. sino por la conservación del producto de la velocidad por la temperatura. no existe la condición de flujo isoentrópico ideal. condiciones adiabáticas y sin rozamiento. ya que aquí aparecen como compresibles. es decir. Las toberas pueden utilizarse para medir el flujo volumétrico en ductos. Las toberas pueden ser convergentes o divergentes dependiendo de si se trata de fluidos subsónicos o supersónicos.energía. En la práctica. por lo que se aplica un coeficiente de rendimiento que ajusta el cálculo. no por cumplimiento de la dinámica de fluidos. Ventajas: Las toberas aseguran un rendimiento óptimo del motor. La ley de la conservación de la energía se encarga de aumentar la velocidad en el cono de salida. Todo ello está supuesto para condiciones de flujo isoentrópico. variaciones en la densidad y en la velocidad del fluido. adaptando las presiones y velocidades de los gases eyectados. producen durante el avance de los gases. por lo que. 9 . Funciones La tobera es la encargada de convertir energías. Esta última expresión permite el cálculo.Pd). el caudal a circular a través de la tobera para el caso en el cual la descarga se realice dentro de un recipiente en el cual la presión atmosférica no sea primordial. Diseños de tobera que de alguna manera disminuyen el ángulo de cobertura o rociado al aumentar la presión de operación. en muchos casos presión atmosférica. Puede visualizarse o formularse el concepto anterior en una expresión genérica del tipo siguiente: Caudal a través de la tobera = constante K * (presión de ingreso .presión descarga) = K * (Pi . usualmente datos de fabricante específico mediante. 10 . Es patente la importancia de este concepto al simplemente recordar el impacto que tendría por ejemplo la operación de una torre de enfriamiento con distribución presurizada al concentrarse el flujo en una zona central permitiendo bypass de alguna manera de la vena de aire.Caudal a través de una Tobera El caudal de líquido a circular a través de una tobera está determinado fundamentalmente por la diferencia de presiones al ingreso del líquido en la tobera y la presión a la cual descarga. Angulo de Cobertura Existe demasiada variedad de diseños y modelos de toberas para generalizar comportamientos pero podríamos pensar en conceptualmente destacar dos categorías de toberas: Diseños de tobera que mantienen el ángulo de cobertura o rociado para un rango bastante amplio de presiones. En este contexto uno hablaría de toberas pulverizadoras o atomizadoras. En el caso de lavadores de gases el objetivo es lograr el máximo de superficie o área de contacto entre las fases lo cual prescribe el menor diámetro o tamaño de gota posible .Tamaño de Gota En muchas aplicaciones el tamaño o diámetro de la gota resultante es de enorme importancia. 11 . generar gotitas del mayor tamaño o diámetro posible.menor tamaño mayor área o superficie de contacto. Puede haber otros casos en los cuales el objetivo de la tobera es justamente el opuesto. 12 .Ejemplo de los Sistemas de Instalación de Toberas No es infrecuente encontrar una gran discrepancia entre la operación real en el campo de un sistema de distribución versus el visualizado en ambientes controlados. 13 .Como si ya un condensador evaporativo no tuviese contraindicaciones suficientes.g. brutal de-rating térmico por incrustación (evaporación directa sobre tubos). e. la foto de la izquierda documenta lo que frecuentemente usualmente realmente recibe el usuario. por lo tanto cada orificio tendrá una inclinación diferente. 14 . Todos los orificios poseen el mismo ángulo de inclinación con el eje de la tobera. La vista interna de la distribución de la derecha en ningún caso tendría una situación comparable. Tipos de Toberas Dependiendo si el inyector entra recto o inclinado en la cámara de combustión tendremos dos tipos de toberas: Simétrica: El caso en el que el inyector entra recto. Los ángulos de inclinación de los orificios deben de ser corregidos para que los chorros sean simétricos respecto al eje del cilindro del motor. lo cual hace impensable conciliar los 20 24 gpm/sq.El sistema de distribución de líquidos basado en bandejas descubiertas (izquierda) es tremendamente vulnerable a obturación de todo tipo.ft. Que puede verse en diseños. Asimétrica: Para el caso en que el inyector entra inclinado. Según la forma del combustible que queda atrapado las toberas pueden ser: 1 2 3 1. Entre las toberas más conocidas tenemos de Rociada que es un dispositivo empleado para dividir un líquido en gotas muy pequeñas. o bien por su choque con otro chorro o con una placa fija. Vico: La diferencia con las dos anteriores es que los orificios están en el asiento de la aguja. Estas toberas pueden clasificarse en: Toberas de Presión: Donde el líquido está a presión y se divide por su inherente estabilidad y su choque con la atmósfera. 15 . 3. y por lo tanto quedan tapados cuando la aguja está cerrada. El orificio está colocado en el eje de la cámara de remolinos y el líquido sale en una lámina con forma de cono hueco que luego se divide en gotas. Toberas de Cono Hueco: Las toberas de presión se encuentran en el comercio en una gran variedad de modelos y tamaños. La más común es la llamada tobera de cono. 2. Microsaco: El volumen que se encuentra en contacto con los orificios es relativamente pequeño. Saco: El volumen que se encuentra en contacto con los orificios es relativamente grande. como sucede cuando se lava. hasta varios centenares de litros por minuto. se recubre o se enfría un material en un proceso continuo. El ángulo del abanico es de 10 a 130 grados en las toberas normalizadas y sus capacidades oscilan entre 0. Toberas de Abanico: Las toberas de abanico son útiles cuando se desea distribuir el líquido siguiendo una línea determinada. pero los tamaños corrientes tienen gastos de derrame que van desde menos de 3. 16 . se limpia.Toberas de Cono Macizo: Esta tobera es una modificación de la de cono hueco y se emplea cuando se desea abarcar por completo una superficie fija. Las toberas de cono macizo no suelen encontrarse en el comercio en tamaños tan pequeños como las del cono hueco.38 y 76 l/min.8 l/min. especialmente los producidos en petróleos y sus aceites. si se mantiene la corriente laminar. Su efecto extintor se debe primordialmente al enfriamiento de los gases quemados por su contacto con las gotas de agua y principalmente por la evaporación de dichas gotas. Generalmente son de presión diseñados para producir una densa capa o “niebla” de gotas de agua relativamente pequeñas.Tobera abanico laminar Tobera con abanico de chorros Toberas de Choque: Se hace chocar a una corriente maciza de líquido a cierta presión contra una superficie fija o contra otra corriente análoga. Toberas de Niebla para Extinguir Incendios: En el mercado existen varias toberas especiales de rociada para extinguir incendios. Con toberas de choque es posible producir gotas de tamaños más uniformes que con otros tipos de toberas de presión. 17 . Se consume una cantidad de agua relativamente pequeña. en comparación con la gastada por las mangueras ordinarias. 18 . siendo las toberas que expulsan los gases a mayor velocidad las más eficientes. es la de evacuar los gases de salida lo más veloz posible. en pequeños aparatos para humedecer aire y en los quemadores de petróleo para uso doméstico. y líquidos que contengan partículas sólidas que obstruirían otras toberas.Toberas Rotativas: La parte principal de una tobera rotativa es un disco o una copa generalmente conectado directamente a un motor eléctrico. Toberas Atomizadoras: Son una clase de toberas de escape y su función principal. se emplea también en algunos lavadores de aire. la forma de estas es realmente importante para el funcionamiento global del equipo. Aunque no lo parezca. La tobera rotativa es útil para pulverizar o rociar líquidos viscosos. Por sus características. expandir y acelerar un plasma. es el hecho de que evitan el contacto material con el plasma (de elevada temperatura) y los serios problemas de refrigeración. Con todo. Un aspecto fundamental de estas toberas. o modificar las propiedades del chorro de plasma a la salida. poco se conoce de dicho proceso de aceleración y expansión. como ciertos sistemas de mecanizado por haces de partículas. actuaciones de gran importancia en las aplicaciones propulsivas.Tobera Magnética Una tobera magnética consiste en un campo magnético convergente o divergente capaz de guiar. y la mayor parte de los escasos modelos existentes están enfocadas al estudio del fenómeno del desprendimiento aguas abajo del plasma de las líneas de campo cerradas. en contraposición a las toberas materiales de Laval. 19 . permiten el control continuo de empuje e impulso específico. La evolución de un plasma en una tobera magnética es similar a la de un gas neutro en una tobera sólida de Laval. Estos dispositivos de aceleración son una parte fundamental de varios conceptos de propulsión eléctrica espacial. así como de varios sistemas de producción avanzados. es decir. durabilidad y eficiencia asociados. Las toberas magnéticas son usadas para impulsar cohetes. Si la intensidad del campo magnético aplicado y las condiciones del plasma son adecuadas. produciendo el aumento de velocidad buscado. Hasta la garganta de la tobera. y su tendencia es a seguir su movimiento de manera rectilínea. En estas circunstancias. No obstante. y se torna supersónico. no se encuentran magnetizados en general. con un radio mucho más pequeño que las longitudes macroscópicas del sistema. a medida que el plasma se desplaza aguas abajo en la sección divergente de la tobera y el chorro de 20 . Funcionamiento Básico de una Tobera Magnética Las toberas magnéticas se encargan de transformar la energía interna del propulsante en energía cinética dirigida axialmente. y va adquiriendo velocidad a medida que la sección del tubo magnético se va reduciendo. los electrones llevan a cabo un movimiento helicoidal en torno a las líneas de campo. que les obliga a moverse siguiendo dichos tubos de campo. sección de área mínima. con lo cual se concluye que el plasma se encuentra magnetizado. el chorro de plasma sufre una transición sónica. Ya en la parte divergente. la expansión del plasma provoca su aceleración. de masa mucho mayor que los electrones. En la garganta. el campo magnético confinará y guiará al plasma en su expansión. consiguiendo producir el deseado efecto “Tobera”. el chorro de plasma es subsónico. los electrones están adheridos al campo magnético. y el centro de giro de cada uno de ellos permanece sobre un mismo tubo de corriente magnética. De esta forma. Los iones. dominado por su propia inercia. electrones se va abriendo. Toberas de Inyección La tobera de inyección se compone de dos partes: 1. 2. consiguiendo su aceleración sin la necesidad de entrar en contacto material con el plasma. 21 . Aguja de la tobera. En conclusión. Este hecho obliga a que el plasma permanezca en todo momento cuasineutro. Cuerpo de la tobera. y que estos tiran de los iones a través del campo ambipolar. lo que significa que las máximas caídas de potencial posibles son del orden de la energía interna del plasma. estos tiran de los iones a través del campo eléctrico ambipolar que se desarrolla al intentar separar las cargas negativas de las positivas. puede decirse que el campo magnético tira de los electrones y los obliga a describir en su movimiento la geometría deseada. consiguiendo su expansión supersónica y por tanto su aceleración. El tipo de tobera de inyección a incorporar en un motor. Un correcto diseño de las boquillas de inyección determinará una rápida respuesta. forma del chorro atomizado (cilíndrica o cónica). Para que pueda operar una tobera. esta es montada dentro de una funda que es la que contiene el resto de elementos mecánicos. Las toberas pueden disponer de un único orificio central o varios orificios. tamaño. todos éstos factores dependen de los requerimientos del motor. Toberas de Inyección Estándar para Motores Diesel Son los elementos encargados de introducir el diesel pulverizado a la cámara de combustión de un motor diesel.. disposición de orificios (ángulo de abertura).. Fundas de Tobera Estándar: Las características principales de las fundas de tobera estándar son las siguientes: 22 . viene determinado por la forma de la cámara de combustión.. una correcta definición del principio y del final de la inyección y la ausencia de intermitencias. La cantidad. luego de atravesar al disco intermedio y al cuerpo de tobera llega al espacio que rodea la aguja de la misma. La presión del resorte se fija por medio de una rodela delgada. La cantidad de combustible depende esencialmente del tiempo que la tobera permanece abierta. que permiten diferentes combinaciones. A continuación se muestra una tobera estándar y una funda de esta misma. 21. 23 . El comienzo de la inyección es entonces controlado por la presión del combustible. El combustible pasa a través del filtro al pasaje de presión. Son de forma cilíndrica con diámetros de 17. El resorte de compresión dentro de la funda actúa contra la aguja de la tobera vía pin de presión. espigas de presión. Mientras se mantenga esta presión el combustible es inyectado a través de los orificios de inyección dentro de la cámara de combustión. Durante el proceso de inyección. tuercas de retención de la tobera. la aguja de la tobera es levantada hacia arriba por la presión el combustible de entre 110 a 170 bar (1600-2465 psi) para toberas de aguja y de 150 a 350 bares (2175-5075 psi) para toberas del tipo de orificios. 25 y 26 mm. Las toberas para motores con inyección directa son del tipo de agujeros sin ningún torcimiento y están constituidas por componentes individuales independientes tales como resortes. El proceso finaliza cuando la presión cae a un punto donde el resorte de compresión empuja la aguja de la tobera de regreso a su asiento. La fuerza del mismo por lo tanto determina la presión de apertura de la tobera. en cualquier parte del mundo. Hoy en día los motores Diesel están equipados con sistemas de alto rendimiento que requieren una tobera que atomice el combustible bajo presiones extremas. Bosch y Zexel son reconocidos fabricantes de sistemas de inyección diesel. fabricando toberas con precisión de milésimas de milímetro. se garantiza perfecta combustión. Los procesos de producción de Bosch y Zexel tienen la más alta tecnología y son las únicas que pueden producir toberas garantizando la mejor calidad de las funciones. Cada tobera es 100% nueva y diseñada con una exacta precisión y durabilidad. bajo consumo de combustible. para entregar un servicio confiable. 24 . con una historia de distinción y excelencia.Ejemplos: Toberas Bosch y Zexel Las toberas son un componente crítico del sistema de inyección. y obedecen al mismo patrón de calidad mundial Bosch. Las toberas Bosch son producidas bajo los más rigurosos estándares de fabricación. Las toberas Bosch y Zexel son diseñadas para cumplir con las demandas de los motores de hoy en día. duradero y consistente. Solamente utilizando correctamente los inyectores. gran performance y total control de emisión de contaminantes. Asegura un rendimiento hidráulico apropiado para una máxima eficiencia de combustible. Se establece un espacio de aguja y cuerpo. Beneficios de las Toberas Bosch y Zexel Exactitud en la entrega de combustible.Características de las Toberas Bosch y Zexel Orificios de atomización precisos. 25 . Agujas con diseño de doble ángulo. Construcción de aleación y acero cromado con tratamiento térmico. Permite tener una superficie más suave para el paso de combustible. Brinda máxima durabilidad. Asegura un punto de contacto preciso para un mejor sellado con el cuerpo de la tobera. lo que resulta en un mejor rendimiento de la tobera. lo cual genera un óptimo régimen de emisiones y potencia. Presentan un afinado superficial por medio hidráulico. Aplicaciones Prácticas de las Toberas Sistemas que emplean toberas Las toberas son un tipo de dispositivo que se usa para incrementar la velocidad de salida de un fluido. Aquí las toberas juegan un papel fundamental y se utilizan más de una en diferentes partes del sistema. Así se ahorra agua y se cumple el objetivo con un uso eficiente del riego. Cohetes. La tobera más sencilla usada es un tubo más 26 . su funcionamiento es similar en todos los sistemas en donde se utilizan y tiene numerosas aplicaciones entre las cuales tenemos: Sistemas de Riego y Aspersores: En este tipo de sistemas las toberas cumplen la función de incrementar la velocidad de salida del agua. aviones de combate y sistemas de propulsión: Los aparatos como estos basan su funcionamiento en la utilización de gases que reaccionan y que se aprovechan para alcanzar velocidad. al incrementar la presión en la boca de salida. esto con el fin de expulsar el fluido a un mayor alcance y más disperso. El tipo de toberas usadas es tal que permite incrementar o disminuir el diámetro de la misma. 27 . deflectando los gases en una dirección determinada. con lo que se modifica la velocidad de salida de los gases y con ello el empuje final. Las toberas en este tipo de sistemas se emplean para producir una llama constante. Equipos de Soldadura: Los sistemas de soldadura funcionan mediante la utilización de la combustión gaseosa y la electricidad. lo que modifica el vector fuerza del empuje y por tanto ayuda a la aeronave a girar con mayor rapidez. Algunas toberas además pueden moverse arriba y abajo (las llamadas bidireccionales) o en cualquier dirección (las llamadas tridimensionales). definida y con mayor calor de salida.o menos largo situado tras la última turbina del motor cuya misión es canalizar el flujo de aire hacia atrás. aprovechando el intenso calor producido por un gas altamente combustible. Muchos sistemas comunes emplean toberas como compontes esenciales para mejorar su funcionamiento a continuación se muestran varios sistemas que adaptan este componente en su estructura: Extintores 28 . Aparatos electrónicos Los computadores y otros aparatos emplean toberas con el fin de hacer funcionar mejor el sistema de extracción de aire caliente y disipadores.Los extintores incorporan una tobera al final de la manguera de aspersión con el fin de expulsar el gas comprimido con mayor alcance longitudinal y de manera mas uniforme. 29 . Ejercicios Relacionados con las Toberas 1. Determinar: a.2 Btu/lbm.Bombas de Combustible Las bombas de gasolina usadas en las estaciones de servicios emplean toberas en la manivela del despachador con el fin de regular el flujo de líquido suministrado. La velocidad de entrada. La temperatura de salida del vapor. El vapor sale de la tobera a 200 psia con una velocidad de 900 ft/s.2 ft2 entra en forma permanente vapor a 250 psia y 700°F. El flujo másico de vapor por la tobera es 10 lbm/s. 30 . Las pérdidas de calor desde la tobera por unidad de masa del vapor se estiman en 1. Aceleración de Vapor en una Tobera. Solución. b. A una tobera cuya área de entrada de 0. tomamos como referencia el volumen específico y la entalpia del valor en la entrada de la tobera. Entonces. De acuerdo a las características que presentan las toberas. se sabe que no hay interacciones de trabajo. es decir.A una tobera entra vapor en forma permanente a un flujo y velocidad especificados. de la siguiente relación. hallamos la velocidad de entrada. ya que no hay cambio con el tiempo en algún punto. ̇ ̇ a. por lo tanto. Se determinaran la velocidad de entrada del vapor y la temperatura de salida. y el comportamiento que presenta una tobera. el cual es un volumen de control. despejamos la velocidad: ̇ ̇ Remplazando los datos que se tienen. Teniendo en cuenta las suposiciones anteriormente descritas. Asumiendo que este es un proceso de flujo estable. . Se deduce que solo hay una entrada y ̇ una salida. por lo tanto . Análisis. W = 0 y el cambio de la energía potencial es cero. tales valores son: } Los anteriores valores de y ⁄ se encuentran tabulados. Para determinar la velocidad de entrada. el balance de energía para este sistema de flujo estable se puede expresar en la forma de tasa de la siguiente manera: ̇ ̇ 31 . ( )( ) b. Tomando a la tobera como un sistema. ya que la masa cruza su frontera durante el proceso. buscamos el valor de T2 en las tablas. La pérdida de calor es demasiado pequeña para causar algún efecto importante en este caso. ̇( ( ̇ ̇ ). trabajo y masa. h2 se determina como: ( )⁄ Entonces. } Como tenemos el valor de P2 y h2. Ejemplo 2. Esta disminución de la temperatura. cinética. la temperatura del vapor disminuye esa cantidad. Si . como no hay trabajo y el cambio de Al dividir entre el flujo másico ṁ y sustituir. entre otros tipos de energía. el ΔT = 38°F. potencial. se debe principalmente a la conversión de energía interna en energía cinética. es decir. y es la tasa de cambio de energías interna. a medida que pasa por la tobera. 32 .0°F. entonces: ̇ ̇ ) energía potencial es cero.̇ Donde ̇ es la tasa de transferencia de energía neta por calor. Teniendo en cuenta la T1 = 700°F y T2 = 662. ) El área de salida de la tobera. c. 200°C y 30m/s. para ( ⁄ ) ( ⁄ ) ⁄ ⁄ 33 . y sale a 100KPa y 180m/s.Entra aire de modo permanente en una tobera adiabática a 300KPa.) La temperatura de salida de aire. Datos. P1 = 300 kpas T1 = 200ºC V1 = 30 m/s A1 = 80 cm2 P2 = 100 kpas V2 = 180 m/s En una tobera. * Este valor de la entalpia se encuentra tabulado. Entonces. b.) La relación de flujo de masa a través de la tobera. Determine: a. el área de entrada de la tobera es 80cm2. Ahora hallamos el volumen de control a la entrada y a la salida: Hacemos lo mismo para el volumen de salida: 34 . Vemos que es necesario hacer interpolación: Y así hallamos la temperatura de salida.En las tablas buscamos la temperatura correspondiente con esta entalpia. El área de salida de la tobera: La relación de flujo masa a través de la tobera: 35 . como el hacer parte del movimiento de un automóvil o simplemente a ayudarnos a regar el jardín. nos hace pensar en su importancia en nuestra vida cotidiana y en específica. entender mucho de su funcionamiento y en especial de sus aplicaciones y usos en diferentes industrias. 36 . Además.CONCLUSIONES Con cierto grado de simplificación. en nuestra formación como ingenieros. incluso unas más complejas que otras. mediante la realización de este trabajo pudimos establecer claramente las dos funciones fundamentales de las toberas. y descomponer o fragmentar la corriente o flujo de líquido en gotitas o "pequeñas partículas". distribuir uniformemente líquido en una zona o área determinada. com/2010/04/toberas-y-difusores.BIBLIOGRAFÍA http://es.blogspot.mx/content/language1/html/13454.vulka.rincondelvago.org/wiki/Tobera http://es.com/Presentation/termouneg-222281-balancemasa-energ-9-sist-abiertos-energia-science-technology-ppt-powerpoint/ http://html.html http://www.com/doc/74506849/29/CARACTERISTICAS-DE-LASTOBERAS http://www.htm http://galeria.com.com/2010/04/toberas-y-difusores.html http://www.com/tobera_dispositivos-de-ingenieria-de-flujopermanente.engineeringfundamentals.pdf http://www.wikipedia.scribd.es/foto/tobera-abanico-laminar-www-saferaincom_68249.net/ToberasNet/fundamentos.html 37 .html http://iqtermodinamica.htm http://iqtermodinamica.blogspot.authorstream.bosch.espatentes.com/pdf/2008233_a6.