Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 17
Las propiedades del fluido después del choque (identificadas con el subíndice
2) están relacionadas con las propiedades antes del choque por medio de las
funciones enlistadas en la tabla A-33. Para Ma 1 2.0, se puede leer
Ma 2 0.5774
P 02
P 01
0.7209
P 2
P 1
4.5000
Entonces, la presión de estancamiento P 02 , la presión estática P 2 , la temperatura
estática T 2 y la densidad estática r 2 después del choque son
b) El cambio de entropía a través del choque es
T 2
T 1
1.6875
P 02 0.7209P 01 10.7209211.0 MPa2 0.721 MPa
P 2 4.5000P 1 14.50002 10.1278 MPa2 0.575 MPa
T 2 1.6875T 1 11.68752 1444.5 K2 750 K
r 2 2.6667r 1 12.6667211.002 kg>m 3 2 2.67 kg/m 3
s 2 s 1 c p ln T 2
T 1
R ln P 2
r 2
r 1
2.6667
11.005 kJ>kg # K2ln 11.68752 10.287 kJ>kg # K2ln 14.50002
0.0942 kJ/kg # K
Por lo tanto, la entropía del aire aumenta a medida que experimenta un choque
normal, el cual es altamente irreversible.
c) La velocidad del aire luego del choque puede determinarse a partir de
V 2 Ma 2 c 2 , donde c 2 es la velocidad del sonido a las condiciones de salida
después del choque:
P 1
FIGURA 17-37
V 2 Ma 2 c 2 Ma 2 2kRT 2
1 000 m
10.57742 11.42 10.287 kJ>kg # 2 >s 2
K21750 K2a b
B 1 kJ>kg
317 m/s
d) El flujo másico a través de una tobera convergente-divergente, con condiciones
sónicas en la garganta, no es afectada por la presencia de ondas de
choque en la tobera. Por lo tanto, el flujo másico en este caso es el mismo
que se determinó en el ejemplo 17-7:
m # 2.86 kg/s
Comentario Este resultado puede verificarse fácilmente utilizando los valores
de las propiedades a la salida de la tobera después del choque que ocurra a
cualquier número de Mach significativamente mayor que la unidad.
El ejemplo 17-9 muestra que la presión de estancamiento y la velocidad
disminuyen, mientras que la presión estática, la temperatura, la densidad y la
entropía aumentan en el choque (Fig. 17-37). El aumento en la temperatura
del fluido corriente abajo de una onda de choque representa una gran preocupación
para el ingeniero aeroespacial, ya que genera problemas de transferencia
de calor en los bordes delanteros de las alas y en los conos de la nariz de
las naves que reingresan del espacio y en los aviones espaciales hipersónicos
diseñados recientemente. De hecho, el sobrecalentamiento fue lo que provocó
el trágico accidente del transbordador espacial Columbia en febrero de 2003
en el momento de reingresar a la atmósfera terrestre.
Cuando un domador de leones hace
restallar su látigo, se forma una onda
de choque débil cerca de la punta, y
esta onda se difunde radialmente; la
presión dentro de la onda de choque
en expansión es mayor que la presión
del aire ambiente, y esto es lo que
causa el chasquido al llegar la onda de
choque al oído del león.
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