MECANICA DE FLUIDOS II MN 217 A, B

DINÁMICA DEL FLUJO COMPRESIBLE UNIDIMENSIONAL

SEMINARIO 3.1: CONDUCTO CONVERGENTE – DIVERGENTE PROPIEDADES DEL FLUJO MÁSICO

Martes 14.04.15

P1. [P9.1] Marque la proposición verdadera (V): [4 Ptos.]

1. Cuando la velocidad de un fluido resulta del mismo orden de magnitud o mayor que la velocidad del sonido:

a. ( V ) Las variaciones de densidad se hacen importantes.

b. ( ) El fluido, tratado como incompresible da resultados concordantes con

la realidad. c. ( ) El flujo es denominado “flujo inviscido”.

d. ( ) La velocidad de propagación del sonido se puede calcular con:

c = ( K R T /p ) ½.

2. En un flujo compresible de un Gas perfecto:

a. ( ) No es aplicable la ley de conservación de la energía.

b. ( ) La función f(p, T, r) = 0, no se verifica.

c. ( ) La ecuación p / T = R, se aplica a más del 80% de los gases perfectos.

d. ( V ) la variación de la densidad influye apreciablemente en el proceso involucrado.

3. Para un gas ideal:

a. ( ) La energía interna, no depende únicamente de la temperatura.

b. ( V ) La energía interna, no depende de la densidad.

c. ( ) La entalpia puede medirse con un instrumento.

d. ( ) La entalpia, depende únicamente de la temperatura

4. Cuando la ley del gas ideal representa muy bien el comportamiento de una sustancia pura:

a. ( ) El calor específico a presión constante es igual a: Cp = R / (k – 1).

b. ( ) La relación Cp / Cv es variable.

c. ( V ) La constante particular, R, del gas está dada por: Cp – Cv.

d. ( ) La constante isentrópica K, puede obtenerse de k = (n+1) / n. donde

n es el grado de libertad de la molécula del gas.

Jueves 22 – 10 - 2015

5. De la Tabla 9.1 Propiedades de los gases ideales, para una mezcla de 60% de propano y 40% de Butano:

a. ( V ) La constante R es 170,346.

b. ( ) La constante k es 1,21.

c. ( ) El valor de Cp es 1594,2 J/ kg-K.

d. ( ) El valor de Cv es 1,5239 J/kg-K.

6. En un flujo isentrópico:

a. ( ) Al tratarse de un proceso ideal, no puede considerarse como

referencia para el diseño de turbocompresores. .

b. ( V ) se desarrolla un proceso en el cual sus transformaciones de

energía son perfectos y libres de pérdidas

c. ( ) En la sección mínima, siempre se alcanza M =1,0.

d. ( ) La velocidad máxima de expansión es: Co x (2/(k+1) ½ .

7. En un flujo adiabático:

a. ( ) La entalpia de estancamiento es menor que la entalpia de estancamiento del flujo isentrópico.

b. ( ) La eficiencia del conducto es: = h ideal / h real.

c. ( V ) ho = h + V 2 / 2 = constante

d. ( ) No es aplicable la ecuación: Cp To = Cp T + V 2 / 2.

8. En un flujo adiabático:

a. ( ) no se puede aplicar ho = h + V 2 /2.

b. ( ) La velocidad máxima de expansión, es mayor que la velocidad

máxima de expansión isentrópica.

c. ( ) La transformación de energía térmica a energía mecánica es mayor

que en un flujo isentrópico.

d. ( V ) A partir de cualquier sección, se puede hallar el estado de

estancamiento isentrópico

P2. [P9.2] Considere el proceso que se muestra en la figura: [2 Ptos.]

p2 = 40 psia V2 = 545 pies/s p1 = 4 psia T2 = 496ºR V1 = 200 pies /s T1=194ºR ¿El fluido fluye de izquierda a derecha?. Justifique su respuesta

Gas ideal

con

Cp y Cv constantes

1 2

P3. [P9.3] Un avión vuela con un número de Mach 1,8, a 10 km sobre el nivel terrestre

donde la presión es de 30,5 kPa, y la temperatura es de - 44 ºC. 4 Ptos]

a. ¿Qué tan rápido está volando el avión; en km/h?. 2523,4 km/h b. La temperatura de estancamiento es una estimación de la temperatura de la

superficie de la aeronave. Determine la temperatura de estancamiento. 377,2 K c. ¿Cuál es la presión de estancamiento?. 175,2 kPa d. Si el avión baja su velocidad, ¿a qué velocidad, (km/h) estará viajando en el

intervalo subsónico?. V < 1402,1 km/h

P4. [P9.4] En un túnel aerodinámico, el aire almacenado a una presión absoluta po =

10 bar y To = 290 K se hace pasar isentropicamente a través de un conducto de área variable (convergente-divergente), de donde sale el aire a una presión de ps = 1 bar. [2 Ptos.]

a. Calcule la temperatura Ts y el número de Mach Ms del flujo en la salida del conducto convergente-divergente. Ts = 150,2 K. Ms = 2,15

b. Si el área de salida es de 10 cm 2, determine el flujo másico de aire, en kg/h.

4423,5 kg/h

P5. [P9.5] Con respecto al problema anterior, se quiere aumentar el flujo másico en por

lo menos un 30%; para lo cual se plantea lo siguiente: [4 Ptos.] [Indique verdadero o falso. Sustente brevemente]

a. Incrementar la temperatura de estancamiento To, en más del 45%.

b. Incrementar la presión de estancamiento po, en más del 35%.

c. Incrementar el área de salida As, en más del 15%.

d. Incrementar el área mínima A min, en más del 5%.

P6. [P9.6 ]Con respecto al problema P4, en la salida del conducto se coloca un tubo de

Pitot (funcionando correctamente, sin obstrucciones) y se registra una presión de estancamiento absoluta igual 1,45 bar (o 0,6154), y una presión estática absoluta igual a py bar.

a. Determine la velocidad en la salida del conducto. [4 Ptos.]

b. ¿Es posible obtener esta velocidad?. Justifique brevemente.

c. Determine la eficiencia del conducto convergente-divergente.

d. Opine brevemente sobre el valor obtenido de la eficiencia del conducto.

P7. [P9.7] El gran depósito de aire

comprimido de la figura se descarga a través de una tobera con una velocidad de salida de 235 m/s. el manómetro de mercurio indica h = 30 cm. Suponiendo flujo isentrópico, calcule la presión (a) en el tanque y (b) en la atmósfera (c) ¿Cuál es el número de Mach de salida?

SIFUENTES SANCHO, Jorge

Docente