Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 17
Solución Se produce una perforación en un neumático de automóvil como
resultado de un accidente. Se debe determinar el flujo másico inicial a través
de la perforación.
Suposiciones 1 El aire es un gas ideal con calores específicos constantes. 2
El flujo de aire a través de la perforación es isentrópico.
Propiedades La constante de gas específica del aire es R 0.287 kPa · m 3 /kg
· K. La relación de calores específicos del aire a temperatura ambiente interna
es k 1.4.
Análisis La presión absoluta en el neumático es
La presión crítica es (de la tabla 17-2)
Por lo tanto, el flujo se ahoga, y la velocidad a la salida de la perforación es la
velocidad sónica. Entonces, las propiedades del flujo a la salida se vuelven
r 0
P 0
RT 0
r *
T * 2
k 1 T 0
P
1>1k 12
2
r a
k 1 b
P manométrica
P atm 220 94 314 kPa
P * 0.5283P o 10.528321314 kPa2 166 kPa 7 94 kPa
314 kPa
10.287 kPa # m 3 > kg # K21298 K2
3.671 kg>m 3
1>11.4 12
13.671 kg>m 3 2
2a
1.4 1 b
2
1298 K2 248.3 K
1.4 1
2.327 kg>m 3
V c 2kRT *
D 11.4210.287 kJ>kg # K2 a 1 000 m2 >s 2
b1248.3 K2
1 kJ>kg
315.9 m>s
Entonces, el flujo másico inicial a través del agujero es
m # rAV 12.327 kg>m 3 23p 10.004 m2 2 >441315.9 m>s2 0.00924 kg>s
0.554 kg>min
Comentario El flujo másico disminuye con el tiempo al caer la presión dentro
del neumático.
Toberas convergentes-divergentes
Cuando se piensa en toberas, normalmente se piensa en pasajes de flujo cuya
sección transversal disminuye en la dirección del flujo. Sin embargo, la velocidad
más alta a la que un fluido puede acelerarse en una tobera convergente
está limitada a la velocidad sónica (Ma 1), la cual ocurre en el plano de
salida (garganta) de la tobera. Es posible lograr la aceleración de un fluido
a velocidades supersónicas (Ma 1) solamente conectando una sección de
flujo divergente a la tobera subsónica en la garganta. La sección combinada
de flujo que resulta es una tobera convergente-divergente, la cual forma parte
del equipo estándar en los aviones supersónicos y en los cohetes de propulsión
(Fig. 17-26).
Forzar el paso de un fluido a través de una tobera convergente-divergente
no garantiza que el fluido se acelerará a una velocidad supersónica. De
hecho, el fluido puede desacelerarse en la sección divergente en lugar de acelerarse,
si es que la contrapresión no se encuentra en el intervalo correcto.
El estado del flujo de la tobera está determinado por la razón de presiones