Capítulo 09: Flujo compresible

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.133 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.133 Una corriente supersónica de aire se acerca al sistema de dos cuñas de la Figura P9.133. El sistema de coordenadas (x, y) de las puntas es dato.La onda de choque generada por la cuña adelantada…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.132 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.132 Sea una corriente de aire que fluye a Ma = 3 y p = 10 lbf/in2 sobre la cuña de 16° y ángulo de ataque nulo de la Figura P9.132. Si el vértice de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.131 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.131 La siguiente fórmula ha sido propuesta, como alternativa a la Ecuación (9.86), para relacionar el número de Mach aguas arriba con el ángulo β de la onda de choque oblicua y el ángulo de deflexión…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.130 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.130 Modifique el Problema P9.129 de la manera siguiente. Si el ángulo de onda φ vale 42°, determine (a) el ángulo de la onda de choque y (b) el ángulo de deflexión. Solución: Solución 1: Canal…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.129 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.129 Una corriente de aire se acerca supersónicamente a una rampa de compresión, como en la Figura P9.129. Un rasguño en el punto a en la pared genera una onda con un ángulo de 30°, mientras…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.128 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.128 La Figura P9.128 muestra una corriente de aire alrededor de un cuerpo compuesto por una cuña y una sección rectangular. Determine el semiángulo δ de la cuña, para el cual la componente horizontal de la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.127 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.127 ¿Intersectan las ondas de Mach aguas arriba de una onda de choque oblicua a la onda de choque? Suponiendo flujo supersónico aguas abajo, ¿intersectan las ondas de Mach aguas abajo a la onda de choque?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.126 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.126 Considere un flujo de aire a Ma1 = 2,2. Calcule con dos decimales (a) el ángulo de deflexión para el cual el flujo aguas abajo es sónico y (b) el ángulo de deflexión máximo Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.125 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.125 Muestre que, para número de Mach aguas arriba tendiendo a infinito, el número de Mach aguas abajo de una onda de choque adherida tiende al valor Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.124 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.124 Cuando un flujo a nivel del mar alcanza una rampa a un ángulo de 20°, se forma una onda de choque oblicua como la de la Figura P9.124. Calcule (a) Ma1 , (b) p2 ,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.123 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.123 Modifique el Problema P9.122 de la siguiente manera. Considere que la deflexión de 5° se consigue mediante cinco compresiones sucesivas de 1° cada una. Calcule el número de Mach y presión finales y compare la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.122 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.122 Una corriente supersónica de aire es deflectada un ángulo de compresión de 5°, como en la Figura P9.122. Calcule la presión y el número de Mach aguas abajo y el ángulo de la onda, y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.121 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.121 Una sonda termométrica, que tiene la forma de una aguja paralela al flujo, mide una temperatura estática de –25 °C cuando se introduce en una corriente de aire supersónica. Se crea un cono de perturbación…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.120 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.120 La partícula de la Figura P9.120 se desplaza en aire estándar a nivel del mar. A partir de las dos esferas de perturbación mostradas, calcule (a) la posición de la partícula en el instante actual…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.119 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.119 La partícula de la Figura P9.119 se mueve supersónicamente en aire estándar a nivel del mar. Calcule el número de Mach de la partícula, la velocidad y el ángulo de Mach a partir de las…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.118 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.118 Una partícula, moviéndose a una velocidad uniforme en aire estándar a nivel del mar, crea las dos esferas de perturbación mostradas en la Figura P9.118. Calcule la velocidad de la partícula y el número de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.117 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.117 Un observador a nivel del mar no oye un avión volando a 6000 m de altura estándar hasta 15 s después de que pase por encima de él. Estime la velocidad del avión en m/s.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.116 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.116 Una observadora a nivel del mar no oye un avión volando a 12.000 ft de altura estándar hasta que éste no se ha alejado 5 mi de ella. Estime la velocidad del avión en ft/s.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.115 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.115 A través de un conducto con fricción despreciable fluye aire en régimen subsónico. La presión cae de p1 = 200 a p2 = 106 kPa cuando se añade una cantidad de calor de 948 kJ/kg.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.114 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.114 Hemos simplificado aquí las cosas separando la fricción (Sección 9.7) de la adición de calor (Sección 9.8). Realmente suelen darse a la vez y sus efectos deben ser evaluados simultáneamente. Muestre que para un flujo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.113 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.113 Una corriente de aire entra en un conducto de sección constante a p1 = 90 kPa, V1 = 520 m/s y T1 = 558 °C. A continuación se enfría el aire en ausencia de fricción…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.112 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.112 En la sección 1 de un conducto entran 1,2 kg/s de aire en régimen subsónico. Cuando se añaden 650 kW de calor, el flujo se bloquea a la salida en p2 = 95 kPa y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.111 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.111 Añada a su curva de Rayleigh del Problema P9.110 una curva de Fanno (vea el Problema P9.94) para una entalpía de remanso igual al valor asociado al estado 1 del Problema P9.110. Las dos curvas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.110 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.110 En el análisis del flujo compresible en un conducto con adición de calor, Sección 9.8, se supone que la cantidad de movimiento (p + ρV2 ) y el gasto másico son constantes, mientras que la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.108 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.108 ¿Qué le sucede al flujo de entrada del Problema P9.107 si la adición de calor por combustión sube a 1500 kJ/kg y p01 y T01 permanecen constantes? ¿En cuánto se reduce el gasto másico? Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.103 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.103 Se desea bombear gas natural, con γ 5 1,3 y un peso molecular de 16, a través de un gaseoducto de 100 km de longitud y 81 cm de diámetro. La presión aguas abajo es…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.109 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.109 Un motor a reacción ingiere 45 kg/s de aire y le añade 550 kJ/kg en la cámara de combustión. El área transversal de la cámara es de 0,5 m2 y el aire entra en la…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.107 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.107 Una mezcla de aire-combustible, que se supone equivalente a aire, entra en una cámara de combustión tubular a V1 = 104 m/s y T1 = 300 K. ¿Qué adición de calor, en kJ/kg, provocará que…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.106 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.106 Un flujo de aire a 300 K atraviesa un conducto de 50 m de longitud con ƒ – = 0,019. ¿Cuál es el diámetro mínimo que puede tener el conducto para que no se provoque…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.105 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.105 En un tubo de 5 cm de diámetro entra aire a p1 = 200 kPa y T1 = 350 K. La presión en la cámara aguas abajo es de 74 kPa. El coeficiente de fricción…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.104 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.104 Un tanque de oxígeno (Tabla A.4) a 20 °C alimenta a un astronauta a través de un tubo umbilical de 12 m de longitud y 1,5 cm de diámetro. La presión de salida del tubo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.102 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.102 La Figura P9.102 muestra aire a 550 kPa y 100 °C entrando en un tubo liso de 1 m de longitud y atravesando después un segundo tubo liso antes de descargar en un depósito a…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.101 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.101 ¿Cómo se comportan las fórmulas para flujo compresible en un conducto cuando la caída de presión es pequeña? Sea aire a 20 °C entrando en un tubo de 1 cm de diámetro y 3 m…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.100 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.100 Modifique el Problema P9.99 de la manera siguiente. Encuentre la longitud de la tubería de 4 cm de diámetro para la cual el incremento de presión de la bomba es exactamente igual a 200 kPa.…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.99 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.99 Un compresor fuerza el paso de aire a través de una tubería lisa de 20 m de longitud y 4 cm de diámetro, como en la Figura P9.99. El aire sale a 101 kPa y…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.98 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.98 En un tubo capilar se pueden dar condiciones de flujo laminar compresible, ƒ 5 64/Re. Considere aire, con condiciones de remanso de 100 °C y 200 kPa, entrando en un tubo de 3 cm de longitud y 0,1 mm…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.97 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.97 Muestre, mediante simples sustituciones algebraicas, que la Ecuación (9.74) puede ser reescrita en la forma ¿Por qué esta fórmula resulta poco práctica cuando uno trata de determinar el gasto másico a partir de las presiones…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.96 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.96 A través de un tubo aislado de 15 cm de diámetro fluye metano (CH4 ) con ƒ = 0,023. Las condiciones a la entrada son 600 kPa, 100 °C y un gasto másico de 5…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.95 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.95 Una corriente de helio (Tabla A.4) entra en un tubo de 5 cm de diámetro a p1 = 550 kPa, V1 = 312 m/s y T1 =40 °C. El coeficiente de fricción vale 0,025. Si…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.94 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.94 En el análisis del flujo compresible en un conducto con fricción, Sección 9.7, se supone que la entalpía de remanso y el gasto másico son constantes, mientras que la cantidad de movimiento es variable. Un…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.93 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.93 En un conducto de 3 cm de diámetro fluye aire adiabáticamente. El coeficiente de fricción medio es 0,015. Si a la entrada V = 950 m/s y T = 250 K, ¿a qué distancia aguas…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.91 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.91 Modifique el Problema P9.91 de la manera siguiente. Considere la presión en el tanque igual a 700 kPa y la tobera bloqueada. Determine (a) Ma2 y (b) el gasto másico. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.91 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.91 Desde un tanque fluye aire estacionariamente a través del tubo de la Figura P9.91. Al final del mismo hay una tobera convergente. Si el gasto másico es de 3 kg/s y la tobera está bloqueada,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.90 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.90 Una tubería de 2,5 cm de diámetro, que descarga al vacío, es alimentada con aire a p0 = 700 kPa y T0 = 330 K a través de una tobera convergente. Si ƒ – =…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.89 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.89 A través de un conducto de 25 m de longitud y 8 cm de diámetro fluye dióxido de carbono. El coeficiente de fricción es 0,025. A la entrada, p = 300 kPa y T =…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.88 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.88 En un conducto de sección cuadrada de 5 por 5 cm entra aire a V1 = 900 m/s y T1 = 300 K. El coeficiente de fricción es 0,02. ¿Para qué longitud del conducto será…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.87 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.87 En un conducto de L/D = 40 entra aire a V1 = 170 m/s y T1 = 300 K. El flujo a la salida está bloqueado. ¿Cuál es el coeficiente de fricción medio en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.86 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.86 Un flujo de aire a V1 = 73 m/s, p1 = 550 kPa y T1 = 60 °C entra en una tubería de 3 cm de diámetro y 15 m de longitud. El coeficiente de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.85 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.85 Un gran tanque a 300 kPa suministra aire a través de una tobera con un área de garganta de 1 cm2 y un área de salida igual a 2,2 cm2 . En el plano de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS MECÁNICA DE FLUIDOS – WHITE 5 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA P9.84 MECÁNICA DE FLUIDOS WHITE 5 EDICIÓN. P9.84 Un flujo de aire atraviesa el conducto de la Figura P9.84, donde A1 = 24 cm2 , A2 = 18 cm2 y A3 = 32 cm2 . En la sección 2 existe una onda de…