Control de volumen – Análisis de control de volumen
Un volumen de control es una región fija en el espacio, elegida para estudios termodinámicos del balance de masa y energía de un sistema de flujo. El límite del volumen de control puede ser una envolvente real o imaginaria . Una superficie de control es el límite del volumen de control.
Por ejemplo, el análisis de volumen de control permite determinar la tasa de cambio del momento lineal de un fluido. Este análisis considera el tubo de flujo ( volumen de control), al igual que con la ecuación de Bernoulli. En este volumen de control, cualquier cambio en el momento lineal del fluido se debe a una fuerza externa aplicada al fluido dentro del volumen.
Véase también: Fórmula del momento lineal.
Como se muestra claramente en la figura, el método del volumen de control permite analizar la ley de conservación del momento en fluidos. El volumen de control es una superficie imaginaria que contiene el volumen deseado . Este volumen puede ser fijo o móvil, rígido o deformable. Para determinar todas las fuerzas que actúan sobre la superficie del volumen de control, es necesario resolver las leyes de conservación que lo rigen.
selección de control de volumen
El volumen de control puede ser cualquier volumen deseado a través del cual fluye el fluido. Este volumen puede ser estático, móvil o incluso deformable durante el flujo. Para resolver cualquier problema, deben considerarse las leyes de conservación fundamentales en este volumen. Es crucial comprender todas las velocidades relativas con respecto a la superficie de control. Por lo tanto, definir con precisión los límites del volumen de control es esencial durante el análisis.
Ejemplo: Chorro de agua impactando una placa fija
Una placa fija (por ejemplo, las aspas de un molino de agua) desvía el flujo de agua a una velocidad de 1 m/s y un ángulo de 90 grados . Esto ocurre a presión atmosférica, con un caudal másico de Q = 1 m³ / s .
- Calcula la presión.
- Calcula la fuerza del cuerpo.
- Calcula la fuerza total.
- Calcula la fuerza generada.
Solución
- La presión es igual a la presión en el punto cero de la entrada, y la salida está bajo control atmosférico .
- Debido a que el volumen controlado es muy pequeño, podemos ignorar la fuerza de gravedad sobre el cuerpo .
- F x = ρ.Q.(w 1x – w 2x ) = 1000. 1. (1 – 0) = 1000 N
F y = 0
F = (1000, 0) - La fuerza resultante sobre el plano es de la misma magnitud que la fuerza total F , pero en dirección opuesta (ignorando la fricción y el peso).
El chorro de agua ejerce una fuerza de 1000 Newtons sobre la placa en la dirección x .