Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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FLUJO COMPRESIBLE
a la presión estática antes de la onda de choque como función
de k y el número de Mach corriente arriba de la onda de choque
Ma 1 .
17-136 Entra nitrógeno a una tobera convergente a 700 kPa
y 300 K con una velocidad despreciable, y experimenta un
choque normal en una ubicación en la que el número de Mach
es Ma 3.0. Calcule la presión, la temperatura, la velocidad,
el número de Mach y la presión de estancamiento corriente
abajo del choque. Compare estos resultados con los de aire
que sufre un choque normal en las mismas condiciones.
17-137 Un avión vuela con un número de Mach Ma 1 0.7
a una altitud de 7.000 m donde la presión es de 41.1 kPa y
la temperatura es de 242.7 K. El aire al salir del difusor que
se encuentra a la entrada del motor de la aeronave, tiene un
número de Mach Ma 2 0.25. Para un flujo másico de 30 kg/s,
determine la elevación de presión estática a través del difusor
y el área de salida.
17-138 Se expande helio en una tobera de 1 MPa, 500 K y
velocidad despreciable, a 0.1 MPa. Calcule las áreas de garganta
y salida para un flujo másico de 0.25 kg/s, suponiendo
que la tobera es isentrópica. ¿Por qué esta tobera debe ser
convergente-divergente? Respuestas: 3.51 cm 2 , 5.84 cm 2
17-139E Se expande helio en una tobera de 150 psia, 900 R
y velocidad despreciable, a 15 psia. Calcule las áreas de garganta
y salida para un flujo másico de 0.2 lbm/s, suponiendo
que la tobera es isentrópica. ¿Por qué esta tobera debe ser
convergente-divergente?
17-140 Usando el software EES y las relaciones de la
tabla A-32, calcule las funciones de flujo compresible
unidimensional para un gas ideal con k 1.667 y
presente sus resultados duplicando la tabla A-32.
17-141 Usando el software EES y las relaciones de la
tabla A-33, calcule las funciones de choque
normal unidimensional para un gas ideal con k 1.667 y presente
sus resultados duplicando la tabla A-33.
17-142 Considere una mezcla equimolar de oxígeno y nitrógeno.
Determine la temperatura, la presión y la densidad críticas
para una temperatura y una presión de estancamiento de
600 K y 300 kPa.
17-143 Usando el software EES (u otro), determine
la forma de una tobera convergente-divergente
para aire para un flujo másico de 3 kg/s y condiciones de
estancamiento de entrada de 1.400 kPa y 200 °C. Suponga que
el flujo es isentrópico. Repita el cálculo varias veces disminuyendo
la presión a la salida cada vez en 50 kPa hasta una presión
de salida de 100 kPa. Dibuje a escala la tobera. También
calcule y grafique el número de Mach a lo largo de la tobera.
17-144 Usando el software EES (u otro) y las relaciones
que se dan en la tabla A-32, calcule las
funciones de flujo compresible unidimensional isentrópico
variando el número de Mach corriente arriba de 1 a 10 en
incrementos de 0.5 para aire con k 1.4.
17-145 Repita el problema 17-144 para metano con
k 1.3.
17-146 Usando el software EES (u otro) y las relaciones
que se dan en la tabla A-33, genere
las funciones de choque normal unidimensional variando el
número de Mach corriente arriba de 1 a 10 en incrementos de
0.5 para aire con k 1.4.
17-147 Repita el problema 17-146 para metano con
k 1.3.
17-148 Se enfría aire mientras fluye por un ducto de 20
cm de diámetro. Las condiciones de entrada son Ma 1 1.2,
T 01 350 K y P 01 240 kPa, y el número de Mach de salida
es Ma 2 2.0. Despreciando los efectos de la fricción, determine
la tasa de enfriamiento del aire.
17-149 Se calienta aire mientras fluye subsónicamente por
un ducto cuadrado de 8 cm 8 cm de sección transversal.
Las propiedades del aire a la entrada se mantienen a Ma 1
0.3, P 1 550 kPa y T 1 450 K todo el tiempo. Despreciando
las pérdidas por fricción, determine la máxima tasa de
transferencia de calor al aire en el ducto sin afectar las condiciones
de entrada. Respuesta: 3.014 kW
P 1 = 550 kPa
T 1 = 450 K
Ma 1 = 0.3
Q máx
FIGURA P17-149
17-150 Repita el problema 17-149 para helio.
17-151 Se acelera aire mientras se calienta en un ducto con
fricción despreciable. El aire entra a V 1 100 m/s, T 1 400
K y P 1 35 kPa, y luego sale a un número de Mach Ma 2
0.8. Determine la transferencia de calor al aire, en kJ/kg.
También determine la cantidad máxima de transferencia de
calor sin reducir el flujo másico del aire.
17-152 Aire en condiciones sónicas y temperatura y presión
estáticas de 500 K y 400 kPa, respectivamente, se va a acelerar
a un número de Mach de 1.6 enfriándolo mientras fluye
por un canal con área de sección transversal constante. Despreciando
los efectos de la fricción, determine la transferencia
necesaria de calor del aire, en kJ/kg. Respuesta: 69.8 kJ/kg
17-153 Vapor de agua saturado entra a una tobera convergente-divergente
a 1.75 MPa, 10 por ciento de humedad
y velocidad despreciable, y sale a 1.2 MPa. Para un área de
salida de la tobera de 25 cm 2 , determine el área de garganta, la
velocidad de salida, el flujo másico y número de Mach de salida
si la tobera a) es isentrópica y b) tiene una eficiencia de 92
por ciento.
Problemas para el examen de fundamentos
de ingeniería
17-154 Un avión vuela en vuelo de crucero en aire calmado
a 5 °C a una velocidad de 400 m/s. La temperatura de aire en
la nariz del avión, donde ocurre el estancamiento, es
a) 5 °C b) 25 °C c) 55 °C d) 80 °C e) 85 °C