Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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FLUJO COMPRESIBLE
P 1 = 480 kPa
T 1 = 550 K
V 1 = 80 m/s
Quemador
tubular
FIGURA 17-60
Esquema del quemador tubular
estudiado en el ejemplo 17-15.
Q .
P 2 , T 2 , V 2
EJEMPLO 17-15 Flujo de Rayleigh en un quemador tubular
Una cámara de combustión consiste de quemadores tubulares de 15 cm de
diámetro. Cierta cantidad de aire comprimido ingresa a los tubos a 550 K,
480 kPa y 80 m/s (Fig. 17-60). Al aire se le inyecta combustible con un
poder calorífico de 42 000 kJ/kg, y se quema con una relación másica de
aire-combustible de 40. Modelando la combustión como un proceso de transferencia
de calor hacia el aire, determine la temperatura, la presión, la velocidad
y el número de Mach a la salida de la cámara de combustión.
Solución En una cámara de combustión tubular se quema combustible con
aire comprimido. Se desea determinar la temperatura, la presión, la velocidad
y el número de Mach a la salida.
Suposiciones 1 Las suposiciones asociadas con el flujo de Rayleigh (es decir,
el flujo estacionario unidimensional de un gas ideal con calores específicos
constantes a través de la sección transversal de un ducto con efectos insignificantes
de fricción) son válidas. 2 La combustión es completa y la combustión
se modela como de un proceso de transferencia de calor, sin ningún cambio
en la composición química del flujo. 3 Se desprecia el aumento en el flujo
másico debido a la inyección de combustible.
Propiedades Las propiedades del aire se consideran las siguientes: k 1.4,
c p 1.005 kJ/kg K y R 0.287 kJ/kg K (tabla A-2a).
Análisis La densidad y el flujo másico a la entrada del aire son
r 1 P 1
RT 1
480 kPa
10.287 kJ>kg # K21550 K2
3.041 kg>m 3
m # aire r 1 A 1 V 1 13.041 kg>m 3 23p 10.15 m2 2 >44 180 m>s2 4.299 kg>s
El flujo másico del combustible y la tasa de transferencia de calor son
m # combustible m# aire
AC
4.299 kg>s
40
Q # m # combustible HV 10.1075 kg>s2 142 000 kJ>kg2 4 515 kW
q Q#
m # 4 515 kJ>s
1 050 kJ>kg
aire 4.299 kg>s
La temperatura de estancamiento y el número de Mach a la entrada son
T 01 T 1 V 1
2 180 m>s2 2
550 K
a
2c p 2 11.005 kJ>kg # 1 kJ>kg
K2 1 000 m 2 >s2b 553.2 K
1 000 m
c 1 2kRT 1 11.42 10.287 kJ>kg # 2 >s 2
K21550 K2 a b 470.1 m>s
B 1 kJ>kg
Ma 1 V 1 80 m/s
c 1 470.1 m/s 0.1702
La temperatura de estancamiento de salida es, a partir de la ecuación de
energía q c p (T 02 T 01 ),
T 02 T 01 q c p
553.2 K
0.1075 kg>s
1 050 kJ/ kg
1.005 kJ/ kg #
1 598 K
K