Fluid Mechanics: Topic 6.1 - Systems vs Control Volumes

Summary

En esta lección se explica la diferencia entre los enfoques de sistemas y volúmenes de control en ingeniería. Los principios de conservación se utilizan para analizar el comportamiento de dispositivos como turbinas o bombas. El enfoque de sistemas sigue un conjunto de partículas de fluido, mientras que el enfoque de volumen de control se centra en el espacio que ocupa el dispositivo. Se ilustran ejemplos de flujo en una tubería, un motor a reacción y un globo para mostrar cómo los volúmenes de control pueden moverse o deformarse, proporcionando una comprensión clara y práctica.

Takeaways

• 🛠️ En ingeniería, las leyes de conservación son esenciales para analizar el comportamiento y rendimiento de dispositivos.
• 💡 Existen dos enfoques para analizar dispositivos de ingeniería: el enfoque de sistema y el enfoque de volumen de control.
• 🔄 En el enfoque de sistema, se sigue a un conjunto de partículas de fluido a medida que viajan a través del dispositivo.
• 📐 En el enfoque de volumen de control, se observa la región de espacio ocupada por el dispositivo, delimitada por una superficie de control.
• 🚰 Un ejemplo de flujo a través de una tubería ilustra la diferencia entre el sistema y el volumen de control.
• 🕒 A medida que el tiempo avanza, el volumen de control permanece fijo mientras que parte del sistema fluye fuera de él.
• 🔧 Es más sencillo analizar la región de espacio del dispositivo que rastrear las partículas individuales.
• ✈️ En algunos casos, como en un motor a reacción, el volumen de control puede moverse sin deformarse.
• 🎈 En otros casos, como en un globo, el volumen de control se mueve y también se deforma al liberar aire.
• 🌍 El enfoque de volumen de control es útil para dispositivos fijos o que cambian de forma o posición.

Q & A

¿Cuál es la principal diferencia entre un sistema y un volumen de control?

Un sistema se enfoca en un conjunto de partículas fluidas específicas que viajan a través de un dispositivo, mientras que un volumen de control se refiere a una región de espacio fija o móvil que está ocupada por el dispositivo.

¿Qué significa el subíndice 'sys' en este contexto?

El subíndice 'sys' denota un sistema, que representa un conjunto de partículas fluidas específicas dentro de un dispositivo.

¿Qué representa el subíndice 'CV'?

El subíndice 'CV' se refiere al volumen de control, que es la región de espacio ocupada por el dispositivo que se está analizando.

¿Cómo se utiliza la superficie de control en la aproximación de volumen de control?

La superficie de control es la frontera que rodea el volumen de control y permite definir la región espacial que se está observando en la aproximación de volumen de control.

¿Qué ocurre con el sistema y el volumen de control cuando fluye un fluido por una tubería?

Al principio, el sistema y el volumen de control ocupan la misma región de espacio, pero con el tiempo, el sistema (fluido) fluye fuera del volumen de control mientras que este último permanece en su lugar.

¿Por qué es más fácil utilizar el enfoque de volumen de control en algunos dispositivos?

Es más fácil porque en muchos casos los dispositivos son fijos y rígidos, por lo que resulta más conveniente observar la región de espacio que ocupan en lugar de seguir las partículas individuales del fluido.

¿Cómo cambia la situación cuando el volumen de control se mueve, como en un motor a reacción?

En el caso de un motor a reacción, el volumen de control se mueve a lo largo del espacio, pero no se deforma, mientras que el sistema (aire, combustible y gases de escape) es expulsado en la dirección opuesta.

¿Qué ejemplo ilustra un volumen de control que se mueve y deforma?

El ejemplo de un globo que se infla y desinfla ilustra un volumen de control que se mueve y deforma, ya que el globo cambia de tamaño mientras el sistema (aire) escapa.

¿Cómo varían el sistema y el volumen de control a lo largo del tiempo en un globo que pierde aire?

A medida que el globo pierde aire, el volumen de control se hace más pequeño y una parte del sistema sale del globo, mostrando cómo el volumen de control puede moverse y deformarse con el tiempo.

¿Qué papel juegan las leyes de conservación en el análisis de dispositivos de ingeniería?

Las leyes de conservación son esenciales para analizar el comportamiento y rendimiento de dispositivos, como calcular la fuerza de elevación de un ala, el aumento de presión en una bomba o la potencia extraída de una turbina.