Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

860
FLUJO COMPRESIBLE
P 0 = 1.4 MPa
T 0 = 473 K
CO 2
EJEMPLO 17-4 Temperatura y presión críticas del flujo de gas
Calcule la presión y la temperatura críticas del dióxido de carbono para las
condiciones de flujo descritas en el ejemplo 17-3 (Fig. 17-19).
P *
T *
FIGURA 17-19
Esquema del ejemplo 17-4.
Solución Para el flujo estudiado en el ejemplo 17-3 se calcularán la presión
y la temperatura críticas.
Suposiciones 1 El flujo es estacionario, adiabático y unidimensional. 2 El
dióxido de carbono es un gas ideal con calores específicos constantes.
Propiedades La razón de calores específicos del dióxido de carbono a temperatura
ambiente es k 1.289 (tabla A-2a).
Análisis Se determina que las relaciones de temperatura y presión críticas y
de estancamiento son
T* 2 2
0.8737
T 0 k 1 1.289 1
k>1k 12
1.289>11.289 12
P* 2
a
k 1 b 2
a
1.289 1 b
P 0
0.5477
Al notar que la temperatura y presión de estancamiento son, a partir del ejemplo
17-3, T 0 473 K y P 0 1 400 kPa, se puede observar que la temperatura
y presión críticas en este caso son
T* 0.8737T 0 10.87372 1473 K2 413 K
P* 0.5477P 0 10.54772 11 400 kPa 2 767 kPa
Comentario Observe que, tal como se esperaba, estos valores coinciden con
los listados en la tabla 17-1. Note que otros valores de las propiedades en
la garganta, que no sean éstos, indicarían que el flujo no es crítico y que el
número de Mach no es unitario.
Depósito
P r
= P 0
T r
= T 0
V r = 0
P/P 0
1
P*
P 0
0
x
Presión mínima
de salida
P e
1
2
3
4
5
P b
(Contrapresión)
P b = P 0
P b
> P*
P b =P*
P b
< P*
P b =0
x
FIGURA 17-20
El efecto de la contrapresión en la
distribución de presión a lo largo de
una tobera convergente.
17-4 ■ FLUJO ISENTRÓPICO A TRAVÉS
DE TOBERAS ACELERADORAS
Las toberas convergentes o las convergentes-divergentes se encuentran en
muchas aplicaciones de la ingeniería dentro de las que se incluyen las turbinas
de gas y de vapor, los sistemas de propulsión de aviones y vehículos espaciales,
y en toberas industriales y de antorcha. En esta sección se consideran los efectos
de la contrapresión (es decir, la presión aplicada a la región de descarga de la
tobera, back pressure en inglés) en la velocidad de salida, en el flujo másico y
en la distribución de presión a lo largo de la tobera.
Toberas convergentes
Considere un flujo subsónico a través de una tobera convergente como el que
se muestra en la figura 17-20. La entrada a la tobera está conectada a un depósito
que se encuentra a una presión P r y a una temperatura T r (el subíndice r
corresponde a reservoir que es el depósito en inglés). El depósito es lo suficientemente
grande para ignorar la velocidad de entrada de la tobera. Puesto
que la velocidad del fluido en el depósito es cero y el flujo a través de la
tobera es aproximadamente isentrópico, la presión y la temperatura de estancamiento
del fluido en cualquier sección transversal de la tobera son iguales a
la presión y a la temperatura del depósito, respectivamente.