Taller De Flujo En Conductos

Universidad de Antioquia Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Mecánica Taller de repaso - Flujo en conductos CUESTIONES Contestar verdadero (V) o falso (F) a las siguientes afirmaciones: 1. El número de Mach establece la relación entre la velocidad del flujo y la del sonido en un proceso adiabático. 2. La presión que se alcanza en la garganta de una tobera convergentedivergente trabajando en condiciones de diseño depende de la presión de remanso, del exponente adiabático del gas y del tipo de proceso.

3. Si la presión crítica es inferior a la presión de descarga de una tobera el flujo nunca llega a alcanzar la velocidad del sonido.

4. Valores distintos a la unidad del factor de compresibilidad, (con α=p/p00) indican que el gas que circula por un conducto no se comporta como perfecto. 5. Al descargar un depósito a una atmósfera cuya presión es mayor que la crítica, la velocidad de descarga nunca puede superar a la del sonido. 6. Al aumentar la fricción en las paredes de una tobera convergente-divergente trabajando en condiciones supercríticas, se reduce la velocidad que se alcanza en la garganta. 7. En la expresión del gasto circulante por el orificio de descarga de un depósito, el coeficiente de descarga indica el cociente entre la sección efectiva y la geométrica.

PROBLEMAS 1. Para descargar hasta la mitad de la presión el vapor contenido en un deposito adiabático de 100 litros a 4 bar y 600˚C se conecta el depósito a la atmósfera (donde la presión promedio puede considerarse 1 bar) por medio de una tobera convergente –divergente de 10 mm2 de sección de garganta, que tiene un coeficiente de pérdida de velocidad de 0.93. a) Dibujar un diagrama h-s del proceso en los instantes inicial y final de la descarga, y calcular los parámetros críticos. Comentar el proceso en cada caso. Identificar dichos instantes con los subíndices “i” y “f”, respectivamente. b) Realizar una estimación del tiempo que tardará en producirse la descarga. Tomar como exponente adiabático para el vapor recalentado 1.3. 2. Calcular el rendimiento isoentrópico que debería tener la expansión que tiene lugar en una tobera utilizada para descargar aire desde un depósito de 2 bar y 300 K hasta el ambiente a 1 bar, para que el salto dejara de ser supercrítico. 3. Entra vapor de agua en un difusor subsónico a una presión de 0.5 bar, una temperatura de 175˚C y con una velocidad de 200 m/s. La entrada del difusor tiene 100 cm2 .Durante el paso por el difusor la velocidad del fluido se reduce hasta 60 m/s y se comprueba que hay una pequeña, casi despreciable, transferencia de calor al entorno de 0.6 kJ/kg. a) Determinar la temperatura final del fluido y el flujo másico a la salida, suponiendo que el difusor es isoentrópico. Dibujar el proceso sobre un diagrama p-v y h-s. b) Suponiendo que el rendimiento isoentrópico es de 0.8, calcular de nuevo los datos que se piden en el apartado anterior, además del área de este difusor a la salida. Dibujar los cambios sobre los diagramas anteriores. 4. En un depósito se tiene vapor a una presión de 800 y a una temperatura de 350 ˚C. Este vapor se expande en una tobera hasta 200 kPa. Determinar el área de la garganta y el de salida que se requiere para un flujo de 3 kg/s, suponiendo que se trata de un flujo adiabático reversible. 5. Por una tobera convergente-divergente con garganta de 2 cm2.se produce la descarga isoentrópico al ambiente de aire procedente de un deposito de 1 m3 cuyo interior se encuentra a T 00= 300 K . Antes del llenado del depósito, éste se pesa estando en su interior en condiciones atmosféricas (298 K y 1 bar) y resultando una masa de 50 kg. Tras el llenado con aire y bajo las condiciones de T00= 300 K a las que se produce la descarga, se vuelve a pesar leyéndose una masa de 53 kg. En una determinada sección s de la tobera se mide Ts= 280 K. El aire se supone gas perfecto y con γ = 1.4 y Cp= 1kJ/kgK.

a) Calcular la presión, temperatura y velocidad del aire en la garganta de la tobera. b) Calcular la presión y velocidad del aire en la sección s de la tobera, así como el área en dicha sección. c) Dibujar en un diagrama la velocidad del flujo, la presión y la sección de la tobera frente a la coordenada axial de ésta. Señalar en el diagrama la sección s. 6. Una tobera adiabática funciona reversiblemente con vapor de agua, cuyas condiciones de entrada son pe=10 bar, Te=650 ˚C y ce=53.69 m/s. El gasto circulante es de 0.25 kg/s, y la presión en la sección de salida es 1 bar. a) Calcular las secciones de entrada, de garganta y de salida, y la temperatura del vapor a la salida. b) Suponiendo una caída de presión lineal a lo largo de la tobera, dibujar esquemáticamente el perfil de la tobera. Se sugiere realizar los cálculos, además de las citadas secciones, al menos en dos puntos equidistantes en presiones respecto a las presiones extremas (10 y 1 bar).