Las Toberas

Una tobera es un dispositivo que incrementa la velocidad de un fluido a la vez que disminuye su presión. Las toberas, al igual que el tubo venturi, puede utilizarse para medir el flujo volumétrico en ductos.
Las toberas o toberas aceleradoras se utilizan generalmente en motores de propulsión por reacción, cohetes, vehículos espaciales e incluso en mangueras de jardín. Una tobera aceleradora es un dispositivo que incrementa la velocidad de un fluido a expensas de la presión. Es decir las toberas realiza una acción opuesta a la de un difusor. El área de la sección transversal de una tobera aceleradora disminuye en la dirección de flujo para flujos subsónicos y aumenta para los supersónicos.

La tasa de transferencia de calor entre el fluido que fluye por una tobera y los alrededores es comúnmente muy pequeña ya que el fluido tiene velocidades altas y por lo tanto no se mantiene suficiente tiempo en el dispositivo como para que ocurra alguna transferencia de calor importante. las toberas por lo general no tiene que ver con trabajo y cualquier cambio de energía potencial es insignificante. Pero las toberas normalmente están relacionadas con velocidades muy altas, entonces cuando un fluido pasa por este dispositivo experimenta grandes cambios en su velocidad. Por lo tanto, se deben tomar en cuenta los cambios de energía cinética al analizar el flujo por estos dispositivos.

Ejemplo de una tobera real:

Tobera de un cohete V2

Para este caso es importante tener en cuenta lo siguiente:

Estructura esquemática de la tobera:

Las condiciones en la entrada y salida para una tobera son:

La ecuación de continuidad para este dispositivo es:

La primera ley de termodinámica para este dispositivo es:

Ejemplos de problema de aplicación para un Tobera:
Una tobera que opera en régimen estable, ingresa vapor a 250 psia y 700ºF cuya área de entrada es 0.2 pie2. El flujo másico del vapor a través de la tobera es de 10 lbm/s. El vapor sale de la tobera a 200 psia con una velocidad de 900 pie/s. Se estima que las pérdidas de calor de la tobera por unidad de masa de vapor serán de 1.2 Btu/lbm. Determine la velocidad de entrada y la temperatura de salida del vapor.


Para calcular la velocidad de entrada se debe conocer el volumen específico en ese punto y aplicar la ecuación de continuidad:
Volumen especifico a la entrada de la tobera:

Algunos enlaces que podrían servir de ayuda:

• http://es.scribd.com/doc/66206644/Dispositivos-de-Flujo-Estacionario
• http://www.proenergia.com/id84.html

Un vídeo de utilidad:

• http://www.youtube.com/watch?v=fTIHgf0IciQ