Asignaciones Prof Moreno

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UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR 
DEPTO. CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA
 TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS CT
 PROF. NATHALY MORENO SALAS
 
1. Considere una turbomáquina
medio de salida 7cm. Dibuje los triángulos de velocidad, halle el torque por unidad 
de flujo másico y diga si se trata de una turbina o de un compresor. Las 
velocidades a la entrada y a la salida de la máqu
A la entrada: 
-Velocidad meridional: 100m/s
-Velocidad periférica: 340m/s
 
2. Considere una turbina de flujo axial a la cual aire entra con una temperatura de 
estancamiento de 1050K. 
estancamiento de 4:1. El rotor gira a 15500rpm y tiene un diámetro medio de 
30cm. Si la eficiencia de la máquina es 0,85, encuentre el trabajo específico por 
kilogramo de aire. Si el diámetro medio del 
de giro a 12500rpm. Considere que el coeficiente de calores específico del a
γ=1,4 y el coeficiente de calor específico a presión constante C
Nota: Haga uso de la siguiente Ley de Afinidad:
w
1
N
1( )2
D
1( )2
w
2
N
2( )2
D
2( )
diámetro medio del rotor.
3. El compresor axial de la figura (dimensiones en mm) gira a una velocidad de 
45rad/s y hace un trabajo de 120J/kg. La velocidad absoluta del aire al entra
rotor es 12m/s. Halle y dibuje los triángulos de velocidad a la entrada y a la salida 
del rotor. Asuma que el fluido entra al rotor de forma completamente axial. 
Finalmente calcule el flujo másico si el aire es tomado directamente de la 
atmósfera (El modelo de gas ideal es aceptable).
 
DEPTO. CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA 
TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS CT-3415 
PROF. NATHALY MORENO SALAS 
ASIGNACIÓN N°1 
 
Considere una turbomáquina axial de radio medio de entrada 14cm y de radio 
medio de salida 7cm. Dibuje los triángulos de velocidad, halle el torque por unidad 
de flujo másico y diga si se trata de una turbina o de un compresor. Las 
velocidades a la entrada y a la salida de la máquina son: 
 A la salida: 
Velocidad meridional: 100m/s -Velocidad absoluta: 120,
Velocidad periférica: 340m/s -Ángulo α=24,57° 
Considere una turbina de flujo axial a la cual aire entra con una temperatura de 
estancamiento de 1050K. La turbina opera con una relación de presiones de 
estancamiento de 4:1. El rotor gira a 15500rpm y tiene un diámetro medio de 
30cm. Si la eficiencia de la máquina es 0,85, encuentre el trabajo específico por 
i el diámetro medio del rotor es reducido a 20cm y la velocidad 
de giro a 12500rpm. Considere que el coeficiente de calores específico del a
4 y el coeficiente de calor específico a presión constante Cp=1,
Nota: Haga uso de la siguiente Ley de Afinidad: 
)2
 donde w: trabajo específico, N: velocidad de rotación, D: 
diámetro medio del rotor. 
El compresor axial de la figura (dimensiones en mm) gira a una velocidad de 
45rad/s y hace un trabajo de 120J/kg. La velocidad absoluta del aire al entra
rotor es 12m/s. Halle y dibuje los triángulos de velocidad a la entrada y a la salida 
suma que el fluido entra al rotor de forma completamente axial. 
Finalmente calcule el flujo másico si el aire es tomado directamente de la 
modelo de gas ideal es aceptable). 
 
axial de radio medio de entrada 14cm y de radio 
medio de salida 7cm. Dibuje los triángulos de velocidad, halle el torque por unidad 
de flujo másico y diga si se trata de una turbina o de un compresor. Las 
Velocidad absoluta: 120,23m/s 
 
Considere una turbina de flujo axial a la cual aire entra con una temperatura de 
La turbina opera con una relación de presiones de 
estancamiento de 4:1. El rotor gira a 15500rpm y tiene un diámetro medio de 
30cm. Si la eficiencia de la máquina es 0,85, encuentre el trabajo específico por 
rotor es reducido a 20cm y la velocidad 
de giro a 12500rpm. Considere que el coeficiente de calores específico del aire es 
=1,005kJ/(kgK). 
donde w: trabajo específico, N: velocidad de rotación, D: 
El compresor axial de la figura (dimensiones en mm) gira a una velocidad de 
45rad/s y hace un trabajo de 120J/kg. La velocidad absoluta del aire al entrar al 
rotor es 12m/s. Halle y dibuje los triángulos de velocidad a la entrada y a la salida 
suma que el fluido entra al rotor de forma completamente axial. 
Finalmente calcule el flujo másico si el aire es tomado directamente de la 
 
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DEPTO. CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA
 TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS CT
 PROF. NATHALY MORENO SALAS
 
 
1) En un punto de operación un compresor axial tiene un grado de reacción
coeficiente de flujo (φ) de 0
salida del flujo para cada fila de álabes se asumen como constantes cuando el flujo de 
masa es estrangulado, determine el grado de reacción de la etapa y el coeficiente de carga 
cuando el flujo de aire es reducido un 10% a velocidad del álabe (U) constante
triángulos de velocidades para las 2 condiciones. Comente sobre el comportamiento del 
flujo si se hacen mayores restricciones al mismo.
 
2) Un compresor axial de alta relación de compresión para una turbina de avión que rota a 
15.000 rpm con una relación de 
aire a través del compresor es 16 kg/s y las condiciones de estancami
son de 200 kPa y 450 K, la eficiencia politrópica es 91%.
a) Si el radio medio es 0,24 m y permanece constante a lo largo del compresor, 
calcule la eficiencia total a total del compresor y muestre que para un 
coeficiente de carga meno
etapas. 
b) El compresor e
número de Mach 
los triángulos 
la salida del compresor es 7,8 mm.
 
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ASIGNACIÓN N°2 
En un punto de operación un compresor axial tiene un grado de reacción
de 0,5 y un coeficiente de carga (∆h0/U
2
) de 0,35. Si los ángulos de 
para cada fila de álabes se asumen como constantes cuando el flujo de 
masa es estrangulado, determine el grado de reacción de la etapa y el coeficiente de carga 
cuando el flujo de aire es reducido un 10% a velocidad del álabe (U) constante
triángulos de velocidades para las 2 condiciones. Comente sobre el comportamiento del 
acen mayores restricciones al mismo. 
al de alta relación de compresión para una turbina de avión que rota a 
con una relación de presión de estancamiento global de 8,5. El flujo másico de 
aire a través del compresor es 16 kg/s y las condiciones de estancamiento en la entrada 
son de 200 kPa y 450 K, la eficiencia politrópica es 91%. 
Si el radio medio es 0,24 m y permanece constante a lo largo del compresor, 
calcule la eficiencia total a total del compresor y muestre que para un 
coeficiente de carga menor a 0,4 en todas las etapas solo se requerirían 8 
El compresor está diseñado con etapas iguales y sin giro a la entrada. Si el 
número de Mach a la entrada es 0,52, calcule el coeficiente de flujo y dibuje 
los de velocidad para una etapa. Considere que la altura del álabe a 
la salida del compresor es 7,8 mm. 
En un punto de operación un compresor axial tiene un grado de reacción (R) de 0,6, un 
de 0,35. Si los ángulos de 
para cada fila de álabes se asumen como constantes cuando el flujo de 
masa es estrangulado, determine el grado de reacción de la etapa y el coeficiente de carga 
cuando el flujo de aire es reducido un 10% a velocidad del álabe (U) constante. Dibuje los 
triángulos de velocidades para las 2 condiciones. Comente sobre el comportamiento del 
al de alta relación de compresión para una turbina de avión que rota a 
. El flujo másico de 
ento en la entrada 
Si el radio medio es 0,24 m y permanece constante a lo largo del compresor, 
calcule la eficiencia total a total del compresor y muestre que para un 
r a 0,4 en todas las etapas solo se requerirían 8 
y sin giro a la entrada. Si el 
a la entrada es 0,52, calcule el coeficiente de flujo y dibuje 
Considere que la altura del álabe a 
 
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DEPTO. CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA
 TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS CT
 PROF. NATHALYMORENO SALAS
 
1. En una etapa de turbina de gas, el gas entra de 
El ángulo entre la dirección axial y la velocidad absoluta a la salida de la tobera es 
68°. La temperatura de estancamiento a la entrada d e la etapa es 800°C y la 
presión de estancamiento es 4bar. La presión estática a la
eficiencia total-estática es 0,
480m/s. 
Determine: 
- El trabajo hecho.
- La velocidad axial (considere que es constante a lo largo de la etapa).
- La eficiencia total
- El grado de reacción.
Considere que el cocient
específico a presión constante es Cp=1,
2. A una turbina axial de gas de una etapa, el gas entra con una temperatura de 
estancamiento de 1100K y una presión de estancamiento de 5bar. La velocidad 
axial es constante a lo largo de la etapa e igual a 250m/s. La velocidad del álabe 
en el radio medio es 
forma la velocidad del fluido con respecto a la dirección axial a la salida de la 
tobera es 63° y a la salida del rotor 
Calcule 
- Los ángulos que forman las velocidades relativas a la entrada y
del rotor con la dirección axial.
- El grado de reacción.
- La potencia de la máquina.
3. Se realizaron mediciones de presión estática y de estancamiento en una turbina 
axial de reacción cero a lo largo del radio medio y se obtuvo:
- Presión de estancamiento a la entrada de la tobera: 414kPa
- Presión de estancamiento a la salida de la tobera: 400kPa
- Presión estática a la salida de la tobera: 207kPa
- Presión estática a la salida del rotor: 200kPa
La velocidad de los álabes en el radio medio es 
estancamiento a la entrada del rotor es 1100K y el ángulo de flujo a la salida de la 
tobera es 70° medidos desde la dirección axial. Con sidere que se trata de un gas 
ideal con calor espe
Suponiendo que se trata de una etapa axial, calcule la eficiencia total a total de la 
etapa. 
 
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ASIGNACIÓN N°3 
 
En una etapa de turbina de gas, el gas entra de forma axial y sale de forma axial. 
El ángulo entre la dirección axial y la velocidad absoluta a la salida de la tobera es 
68°. La temperatura de estancamiento a la entrada d e la etapa es 800°C y la 
presión de estancamiento es 4bar. La presión estática a la salida es 1bar. La
estática es 0,85 y la velocidad del rotor en el radio medio es 
El trabajo hecho. 
La velocidad axial (considere que es constante a lo largo de la etapa).
La eficiencia total-total. 
reacción. 
Considere que el cociente de calores específicos es γ=1,
ico a presión constante es Cp=1,147kJ/(kg*K) 
A una turbina axial de gas de una etapa, el gas entra con una temperatura de 
estancamiento de 1100K y una presión de estancamiento de 5bar. La velocidad 
axial es constante a lo largo de la etapa e igual a 250m/s. La velocidad del álabe 
 350m/s. El flujo másico de gas es 15kg/s. El ángulo que 
forma la velocidad del fluido con respecto a la dirección axial a la salida de la 
tobera es 63° y a la salida del rotor -9°. 
Los ángulos que forman las velocidades relativas a la entrada y
del rotor con la dirección axial. 
El grado de reacción. 
La potencia de la máquina. 
Se realizaron mediciones de presión estática y de estancamiento en una turbina 
axial de reacción cero a lo largo del radio medio y se obtuvo: 
stancamiento a la entrada de la tobera: 414kPa 
Presión de estancamiento a la salida de la tobera: 400kPa 
Presión estática a la salida de la tobera: 207kPa 
Presión estática a la salida del rotor: 200kPa 
La velocidad de los álabes en el radio medio es 291m/s. La temperatura de 
estancamiento a la entrada del rotor es 1100K y el ángulo de flujo a la salida de la 
tobera es 70° medidos desde la dirección axial. Con sidere que se trata de un gas 
ideal con calor específico a presión constante Cp=1,148kJ/(kg*K)
Suponiendo que se trata de una etapa axial, calcule la eficiencia total a total de la 
forma axial y sale de forma axial. 
El ángulo entre la dirección axial y la velocidad absoluta a la salida de la tobera es 
68°. La temperatura de estancamiento a la entrada d e la etapa es 800°C y la 
salida es 1bar. La 
85 y la velocidad del rotor en el radio medio es 
La velocidad axial (considere que es constante a lo largo de la etapa). 
γ=1,33 y el calor 
A una turbina axial de gas de una etapa, el gas entra con una temperatura de 
estancamiento de 1100K y una presión de estancamiento de 5bar. La velocidad 
axial es constante a lo largo de la etapa e igual a 250m/s. La velocidad del álabe 
350m/s. El flujo másico de gas es 15kg/s. El ángulo que 
forma la velocidad del fluido con respecto a la dirección axial a la salida de la 
Los ángulos que forman las velocidades relativas a la entrada y a la salida 
Se realizaron mediciones de presión estática y de estancamiento en una turbina 
 
291m/s. La temperatura de 
estancamiento a la entrada del rotor es 1100K y el ángulo de flujo a la salida de la 
tobera es 70° medidos desde la dirección axial. Con sidere que se trata de un gas 
148kJ/(kg*K) y γ=1,33). 
Suponiendo que se trata de una etapa axial, calcule la eficiencia total a total de la 
 
 
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DEPTO. CONVERSIÓN Y TRANSPORTE DE ENERGÍA
 TURBOMÁQUINAS TÉRMICAS CT
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Se desea diseñar un turbocompresor radial de una etapa para una relación de compresión 
estancamiento de 3 y un flujo másico 
presión total de 0.98 bar y temperatura total 300K. 
Para esta aplicación (turbocargador) se seleccionaron los siguientes factores de flujo y de carga 
como base para el diseño: 
∅�
��
����	
	
Suponga que se puede alcanzar una eficiencia isentró
trabajo es aire (constante de gas ideal R
1004,5J/(kgK). Suponga que el aire se comporta como gas ideal.
a) Represente en un diagrama h-
b) Calcule la velocidad del álabe a la salida para alcanzar el aumento de presión deseado.
c) Determine el diámetro del rotor a la salida
d) Determine la velocidad de giro del rotor (Hz)
e) Se decide utilizar una relación entre diámetro de entrada en l
Dp1/D2 = 0,725 y un ángulo de entrada 
diámetro de salida (Dc1/D2). Suponga entrada completamente axial y propiedades y perfil de 
velocidad uniformes en la entrada. 
f) Defina y dibuje los triángulos de velocidad a la entrada y la salida del rotor para la línea de flujo 
más cercana a la punta. Para evitar desprendimiento, se rest
0,55 
g) Calcule el grado de reacción de la máquina. Suponga que la velocidad del fluido a la salida de la 
máquina es despreciable. 
 
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ASIGNACIÓN N°4 
Se desea diseñar un turbocompresor radial de una etapa para una relación de compresión 
y un flujo másico de 0,5 kg/s. Las condiciones en el lugar de operación son 
bar y temperatura total 300K. 
ión (turbocargador) se seleccionaron los siguientes factores de flujo y de carga 
�
	
� 0,08 � �
���
	
	 � 0,7 
Suponga que se puede alcanzar una eficiencia isentrópica (total a total) de 75%. El fluido de 
trabajo es aire (constante de gas ideal R = 287 J/(kgK) y calor específico a presión constante Cp = 
K). Suponga que el aire se comporta como gas ideal. 
-s los procesos de compresión real e isentrópico y el de difusi
b) Calcule la velocidad del álabe a la salida para alcanzar el aumento de presión deseado.
c) Determine el diámetro del rotor a la salida 
d) Determine la velocidad de giro del rotor (Hz) 
e) Se decide utilizar una relación entre diámetro de entrada en la punta y diámetro de salida 
725 y un ángulo de entrada β1=-60°. Calcule la relación entre el diámetro en el cubo y el 
). Suponga entrada completamente axial y propiedades y perfil de 
velocidad uniformes en la entrada. (Ayuda: Es necesario estimar las propiedades estáticas)
ngulos de velocidad a la entrada y la salida del rotor para la línea de flujo 
más cercana a la punta. Para evitar desprendimiento, se restringe la difusión en el rotor:W
g) Calcule el grado de reacción de la máquina. Suponga que la velocidad del fluido a la salida de la 
Se desea diseñar un turbocompresor radial de una etapa para una relación de compresión de 
kg/s. Las condiciones en el lugar de operación son 
ión (turbocargador) se seleccionaron los siguientes factores de flujo y de carga 
total) de 75%. El fluido de 
resión constante Cp = 
s los procesos de compresión real e isentrópico y el de difusión. 
b) Calcule la velocidad del álabe a la salida para alcanzar el aumento de presión deseado. 
a punta y diámetro de salida 
60°. Calcule la relación entre el diámetro en el cubo y el 
). Suponga entrada completamente axial y propiedades y perfil de 
(Ayuda: Es necesario estimar las propiedades estáticas) 
ngulos de velocidad a la entrada y la salida del rotor para la línea de flujo 
ringe la difusión en el rotor: W2/W1 = 
g) Calcule el grado de reacción de la máquina. Suponga que la velocidad del fluido a la salida de la