Qué es el volumen de control – Análisis de volumen de control – Definición

Control Volume – Control Volume Analysis

Un volumen de control es una región fija en el espacio elegida para el estudio termodinámico de los equilibrios de masa y energía para sistemas de flujo. El límite del volumen de control puede ser una envolvente real o imaginaria . La superficie de control es el límite del volumen de control.

Se puede utilizar un análisis de volumen de control, por ejemplo, para determinar la tasa de cambio de momento para un fluido. En este análisis, consideraremos un streamtube ( volumen de control ) como lo hicimos para la ecuación de Bernoulli . En este volumen de control, cualquier cambio en el momento del fluido dentro de un volumen de control se debe a la acción de fuerzas externas sobre el fluido dentro del volumen.

Ver también: Fórmula Momentum

Como se puede ver en la imagen, el método de control de volumen puede usarse para analizar la ley de conservación del momento en el fluido. El volumen de control es una superficie imaginaria que encierra un volumen de interés. El volumen de control puede ser fijo o en movimiento, y puede ser rígido o deformable. Para determinar todas las fuerzas que actúan sobre las superficies del volumen de control, tenemos que resolver las leyes de conservación en este volumen de control.

Elegir un volumen de control

Se puede seleccionar un volumen de control como cualquier volumen arbitrario a través del cual fluye el fluido. Este volumen puede ser estático, en movimiento e incluso deformarse durante el flujo. Para resolver cualquier problema, tenemos que resolver las leyes básicas de conservación en este volumen. Es muy importante conocer todas las velocidades de flujo relativas a la superficie de control y, por lo tanto, es muy importante definir exactamente los límites del volumen de control durante un análisis.

Ejemplo: chorro de agua golpeando una placa estacionaria

Se  utiliza una placa estacionaria (por ejemplo, la cuchilla de un molino de agua) para desviar el flujo de agua a una velocidad de  1 m / sy  en un ángulo de  90 ° . Ocurre a presión atmosférica y el caudal másico es igual a  Q = 1 m ³ / s .

1. Calcule la fuerza de presión.
2. Calcule la fuerza del cuerpo.
3. Calcule la fuerza total.
4. Calcule la fuerza resultante.

Solución

1. La  fuerza de presión  es cero ya que la presión tanto en la entrada como en las salidas al volumen de control es atmosférica.
2. Como el volumen de control es pequeño, podemos ignorar la fuerza del  cuerpo  debido al peso de la gravedad.
3. F _x  = ρ.Q. (w _1x  – w _2x ) = 1000. 1) (1-0) =  1000 N
   F _y  =  0
   F  =  (1000, 0)
4. La  fuerza resultante  en el plano es de la misma magnitud pero en la dirección opuesta a la fuerza total  F  (se desprecian la fricción y el peso).

El chorro de agua ejerce sobre la placa la fuerza de 1000 N en la dirección x.