Capítulo 09: Flujo compresible

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D9.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. D9.2 Considere un flujo supersónico de aire, en condiciones a nivel del mar, alrededor de la cuña de semiángulo θ que se muestra en la Figura D9.2. Suponga que la presión detrás de la cuña es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA D9.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. D9.1 Se desea elegir un ala rectangular para un avión de combate. El avión debe ser capaz (a) de despegar y aterrizar en una pista de 4500 ft de longitud a nivel del mar y (b)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE9.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE9.7 El profesor Gordon Holloway y su estudiante Jason Bettle, de la Universidad de New Brunswick, obtuvieron los siguientes datos tabulados de una descarga de aire a través de una tobera convergente-divergente similar a la de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE9.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE9.6 Extienda el Problema PE9.5 de la siguiente manera. Sea la tobera convergente-divergente con un diámetro de salida de 3 cm. Suponga flujo isentrópico. (a) En cuentre el número de Mach, la presión y la temperatura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE9.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE9.5 Considere el flujo estacionario unidimensional de un gas no ideal, vapor de agua, en una tobera convergente. Las condiciones de remanso son p0 = 100 kPa y T0 = 200 °C. El diámetro de salida…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE9.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE9.4 Las propiedades de un gas denso (altas presiones y bajas temperaturas) son aproximadas a menudo por la ecuación de estado de van der Waals [17, 18]:donde las constantes a1 y b1 pueden ser determinadas a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE9.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE9.3 La Figura PE9.3 muestra la salida de una tobera convergente-divergente donde se forma una estructura de ondas de choque oblicuas. En la sección de salida, con un área de 15 cm2 , la presión del…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE9.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE9.2 Dos grandes depósitos de aire, uno a 400 K y 300 kPa y el otro a 300 K y 100 kPa, están conectados por un tubo recto de 6 m de longitud y 5 cm…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA PE9.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. PE9.1 La tobera convergente-divergente de la Figura PE9.1 está diseñada para tener un número de Mach de 2,00 en el plano de salida (suponiendo que el flujo permanece casi isentrópico). El flujo viaja del tanque a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.10 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.10 En el Problema FE9.9, ¿cuál es el número de Mach justo aguas abajo de la onda de choque? (a) 0,42, (b) 0,55, (c) 0,63, (d) 1,00, (e) 1,76 Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.9 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.9 Si en la Figura FE9.6 aparece una onda de choque en la sección donde el área vale 0,07 m2 , ¿cuánto vale la densidad del aire justo aguas arriba de la onda de choque? (a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.8 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.8 Si no hay ondas de choque y la presión en una sección del conducto de la Figura FE9.6 es de 55,5 kPa, ¿cuánto vale la velocidad en esa sección? (a) 166 m/s, (b) 232 m/s,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.7 Si el número de Mach de salida en la Figura FE9.6 vale 2,2, ¿cuánto vale el área de la sección de salida? (a) 0,10 m2 , (b) 0,12 m2 , (c) 0,15 m2 , (d)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.6 Para un flujo isentrópico estacionario, ¿cuál es el máximo gasto másico posible a través del conducto de la Figura FE9.6?(a) 9,5 kg/s, (b) 15,1 kg/s, (c) 26,2 kg/s, (d) 30,3 kg/s, (e) 52,4 kg/s Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.5 En el Problema FE9.3, si el área de la sección 1 es de 0,15 m2 , ¿cuál será el gasto másico? (a) 38,1 kg/s, (b) 53,6 kg/s, (c) 57,8 kg/s, (d) 67,8 kg/s, (e) 77,2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.4 En el Problema FE9.3, ¿cuánto vale la temperatura en la sección 1? (a) 300 K, (b) 408 K, (c) 417 K, (d) 432 K, (e) 500 K Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.3 Un gran depósito a 500 K y 200 kPa suministra isentrópicamente un flujo de aire a una tobera. En la sección 1 la presión es sólo de 120 kPa. ¿Cuál es el número de Mach…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.2 Si en un flujo isentrópico estacionario la densidad se duplica, ¿cuánto valdrá el cociente entre la presión estática final y la inicial? (a) 1,22, (b) 1,32, (c) 1,44, (d) 2,64, (e) 5,66 Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA FE9.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. FE9.1 Si en un flujo isentrópico estacionario la temperatura absoluta se incrementa en un 50 por 100, ¿cuánto valdrá el cociente entre la presión estática final y la inicial? (a) 1,12, (b) 1,22, (c) 2,25, (d)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.8 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.8 Describa cómo un observador, corriendo a una velocidad finita V a lo largo de una onda de choque normal, verá lo que parece una onda de choque oblicua. ¿Existe algún límite para la velocidad V?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.7 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.7 Aquí se han tratado las ondas de choque como discontinuidades, aunque en realidad tienen un espesor finito muy pequeño. Después de pensar un poco sobre el tema, esboce su idea sobre las distribuciones de velocidad,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.6 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.6 Dé una interpretación física del fenómeno de bloqueo en el flujo de un gas en una tobera convergente. ¿Ocurriría el bloqueo incluso si la fricción de pared no fuese despreciable? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.5 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.5 Describa lo que representa la «velocidad del sonido» de una manera física. ¿Qué tipo de variaciones de presión tienen lugar en el aire en las ondas sonoras que se generan durante una conversación normal? Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.4 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.4 Suponga que un gas se mueve subsónicamente debido a una fuerte caída de presión, de p1 a p2 . Describa su comportamiento en un diagrama de Mollier para (a) unflujo sin fricción en una tobera…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.3 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.3 El tema de este capítulo suele recibir el nombre de dinámica de gases. ¿Acaso no pueden los líquidos comportarse también de esta forma? Poniendo al agua como ejemplo, haga una estimación burda del nivel de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.2 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.2 Cuando un objeto se aproxima a Ma = 0,8 a un observador, éste podrá oírlo, de acuerdo con la Figura 9.18a. Pero ¿habrá efecto Doppler? Por ejemplo, ¿parecerá que una nota musical tiene un tono…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA C9.1 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. C9.1 Según los datos de la Tabla 9.1 las velocidades del sonido de (a) el agua y el mercurio y (b) el aluminio y el acero son casi idénticas a pesar de que el mercurio y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.157 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.157 Demuestre mediante la teoría de Ackeret que la resistencia mínima debida al espesor, para un perfil aerodinámico con bordes de ataque y salida agudos y espesor dado, corresponde a un perfil simétrico con forma de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.156 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.156 La Figura P9.156 muestra un perfil aerodinámico delgado con forma de arco de circunferencia. El borde de ataque es paralelo a la corriente incidente. Utilizando la teoría linealizada (ángulos de deflexión pequeños) para flujo supersónico,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.155 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.155 Para el perfil en forma de onda sinusoidal del Problema P9.154, con Ma’ = 2,5, γ = 1,4, t/C = 0,1 y α = 0°, represente (sin calcular las fuerzas totales) la distribución de presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.154 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.154 Las superficies superior e inferior de un perfil aerodinámico supersónico y simétrico tienen una forma sinusoidal definida por la siguiente expresión:donde t es el espesor máximo, que se presenta en x = C/2. Utilice la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.153 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.153 Una aeronave supersónica de masa 65 Mg vuela a 11 km de altura estándar a Ma = 2,25. Si el ángulo de ataque es de 2° y sus alas se pueden aproximar por placas planas,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.152 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.152 Un perfil supersónico tiene una forma parabólica simétrica con las superficies superior e inferior dadas por de modo que el espesor máximo t se da en x = 1 2 C. Calcule el coeficiente de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.151 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.151 Un perfil formado por medias cuñas de 4° ve venir una corriente de aire a Ma = 2,5, como muestra la Figura P9.151. Calcule los coeficientes de sustentación y resistencia para α igual a (a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.150 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.150 Una placa plana con C = 1,2 m tiene una sustentación de 30 kN/m cuando vuela a 5000 m de altura estándar y a U’ = 641 m/s. Utilizando la teoría de Ackeret, calcule (a)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.149 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.149 Repita el Ejemplo 9.19 para un ángulo de ataque de 6°. ¿Es el coeficiente de sustentación lineal con el ángulo α en este rango de 0° ) α ) 8°? ¿Es el coeficiente de resistencia…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.148 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.148 La Figura P9.148 muestra una corriente supersónica de aire sobre una superficie en forma de arco de circunferencia. Calcule (a) el número de Mach Ma2 y (b) la presión p2 donde el flujo abandona la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.147 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.147 Una tobera convergente-divergente con una relación de áreas de 4:1 opera con p0 = 500 kPa bajo condiciones de subexpansión (caso I de la Figura 9.12b), como en la Figura P9.147. La presión ambiente es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.146 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.146 Un flujo supersónico de aire fluye sobre una superficie que tiene dos cambios de dirección, como muestra la Figura P9.146. Calcule (a) Ma2 y (b) p3 Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.145 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.145 Una expansión isentrópica hace que un flujo de aire a Ma1 = 2,0 y p1 = 100 kPa sufra un descenso de la presión hasta 50 kPa. ¿Cuál es el ángulo de giro, en grados,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.144 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.144 Considere una compresión isentrópica suave de 20°, como la de la Figura P9.144. Las ondas de Mach así generadas formarán un abanico convergente. Represente este abanico tan exactamente como le sea posible, empleando al menos…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.143 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.143 Un flujo de aire a Ma1 = 3,2 atraviesa una onda de choque oblicua con una deflexión de 25°. ¿Qué expansión isentrópica se requiere para hacer retornar el flujo a (a) Ma1 y (b) p1…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.142 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.142 Se somete un flujo supersónico de aire a Ma1 = 3,2 y p1 = 50 kPa a una onda de compresión seguida de una expansión isentrópica. La deflexión del flujo es de 30° en cada…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.141 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.141 La Figura P9.141 muestra una corriente supersónica de aire expandiéndose mediante un giro de 5°. Calcule el número de Mach y la presión aguas abajo y compare con la teoría de pequeñas perturbaciones. Solución: Solución…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.140 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.140 La solución del Problema P9.122 es Ma2 = 2,750 y p2 = 145,5 kPa. Compare estos resultados con los de una compresión isentrópica de 5° empleando la teoría de Prandtl-Meyer. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.139 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.139 Un flujo de aire a Ma = 2,2 experimenta un giro de compresión de 12° y después otro giro de ángulo θ en la Figura P9.139. ¿Cuál es el valor máximo de θ para que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.138 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.138 La tobera supersónica de la Figura P9.138 está sobreexpandida (caso G de la Figura 9.12b) siendo As /Ag = 3,0 y la presión de remanso de 350 kPa. Si el borde del chorro forma un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.136 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.136 La Figura P9.136 es un caso especial del Problema P9.135. Mediante un diseño cuidadoso de la contracción inferior se puede conseguir que la onda de choque reflejada se cancele exactamente en el segundo vértice, tal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.135 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.135 La contracción de la pared inferior de un conducto supersónico induce una onda de choque que se refleja en la pared superior, como muestra la Figura P9.135. Calcule el número de Mach y la presión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.134 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.134 Cuando una onda de choque oblicua impacta en una pared sólida, se refleja como una onda de choque con suficiente intensidad como para hacer que el Ma3 del flujo de salida sea paralelo a la…