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CT 3412. 
Conversión de Energía II. 
Prof. Javier Palencia 
 
Asignación N° 1 
 
Del Libro de Ejercicios: 
 
Ejercicio 2.16. Un compresor centrífugo, cuyas características se muestran en la 
figura anexa, tiene un rotor con un diámetro exterior de 35cm y produce una 
relación de presión de estancamiento de 1.8 con un flujo de masa adimensional de 
0.04. Las condiciones de estancamiento a la entrada son de 1bar y 20°C. Si el 
fluido es aire, se pide calcular: a) El flujo de masa, en kg/s; b) La potencia 
requerida, en kW; c) La velocidad de rotación, en rpm. 
Unidades: Sistema internacional, MKS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ejercicio 3.1. Se dispone de un compresor centrífugo que gira a 2.900 rpm 
trabajando con un flujo de hidrógeno (Rh=4,124 KJ/Kg*K=453,76 Btu/°F*lb) de 18 
Kg/s [39,68 lb/s]. Las condiciones de estancamiento a la entrada son de 300 K 
[540°R] y 101 kPa [14,65 psia]. Si se deseara trabajar el mismo compresor con aire 
a 288 K [518,4°R] ¿Cuál sería la velocidad de giro del mismo y el flujo de aire que 
manejaría? 
Ejercicio 3.2 . Un compresor que trabaja con 20 Kg/s de aire [44,09 lb/s] a 15°C 
[59°F] y 101,3 kPa [14,69 psia] gira a 4.000 rpm. Si las condiciones ambientales 
cambian y ahora el mismo compresor trabaja a 20°C [68°F] ¿cuál será la nueva 
velocidad de giro y el flujo de aire manejado? 
Ejercicio 3.3. Después de 25 años de operación, se le cambia la propela a un bote 
de recreación. La nueva propela tiene 30plg de diámetro y la antigua 25plg. En 
operación, el nuevo sistema presenta un aumento de 2700 rpm a 2900 rpm. 
¿Cuánta potencia adicional se consiguió con la actualización? 
Ejercicio 3.4. El compresor de la siguiente figura es diseñado para trabajar con 0.4 kg/s, rp 
=4, y opera a N = 80000 rpm. Una operación similar requiere, a la misma presión de 
descarga, un aumento del 25% del flujo másico. ¿Cuáles son los cambios en las 
dimensiones de la nueva etapa? 
 
De la Guía de Ejercicios 
 
6.1. En una Planta de procesos se requiere comprimir 42 sm3/s de aire seco. Las 
temperatura y presión en la succión del compresor son T1=295K y P1=100kPa (abs), 
mientras la presión de descarga debe ser P2=310kPa (abs). Considere el factor de 
compresibilidad del aire Z=1 y la relación de calores específicos k=1,4. Condiciones 
estándar: Tsc=288,15K y Psc=101,3kPa. Determine: 
- Tipo de compresor a instalar considerando el diagrama de selección anexo 
- Dimensionamiento preliminar del compresor 
o Temperatura de descarga del compresor 
o Altura o cabezal politrópico 
o Potencia consumida por el compresor, si la eficiencia mecánica es 98% 
Considere la selección de un compresor reciprocante para las mismas condiciones de 
operación, manejando un flujo volumétrico a condiciones estándar de Qsc=0,3 sm3/s. 
Considere la eficiencia mecánica m=92% y la eficiencia de volumétrica v=100%. Nota: En 
compresores de desplazamiento positivo los procesos de compresión se pueden considerar 
adiabáticos y reversibles, es decir, isoentrópicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CT 3412 
Conversión de Energía II. Máquinas Térmicas 
Prof.: Javier Palencia 
 
 
Asignación N° 2. 
 
 
Problemas Capitulo 4. Dixón 6th Ed. 
 
4.5.- Values of pressure (kPa) measured at various stations of a zero reaction gas turbine 
stage, all at the mean blade height, are shown in the table that follows: 
 
 
 
 
 
The mean blade speed is 291 m/s, inlet stagnation temperature 1100 K, and the flow 
angle at nozzle exit is 70° measured from the axial direction. Assuming the magnitude 
and direction of the velocities at entry and exit of the stage are the same, determine the 
total-to-total efficiency of the stage. Assume a perfect gas with Cp=1.148 kJ/(kg °C) 
and γ=1.333. 
 
4.7.- An axial flow gas turbine stage develops 3.36 MW at a mass flow rate of 27.2 
kg/s. At the stage entry the stagnation pressure and temperature are 772 kPa and 727°C, 
respectively. The static pressure at exit from the nozzle is 482 kPa and the 
corresponding absolute flow direction is 72° to the axial direction. Assuming the axial 
velocity is constant across the stage and the gas enters and leaves the stage without any 
absolute swirl velocity, determine 
(i) the nozzle exit velocity; 
(ii) the blade speed; 
(iii) the total-to-static efficiency; 
(iv) the stage reaction. 
The Soderberg correlation for estimating blade row losses should be used. For the gas 
assume that CP=1.148 kJ/(kg K) and R=0.287 kJ/(kg K). 
 
4.9.- (a) A single-stage axial flow turbine is to be designed for zero reaction without any 
absolute swirl at rotor exit. At the nozzle inlet the stagnation pressure and temperature 
of the gas are 424 kPa and 1100 K, respectively. The static pressure at the mean radius 
between the nozzle row and rotor entry is 217 kPa and the nozzle exit flow angle is 70°. 
Sketch an appropriate �Mollier diagram (or a T s diagram) for this stage allowing for 
the effects of losses and sketch the corresponding velocity diagram. Hence, using 
Soderberg’s correlation to calculate blade row losses, determine for the mean radius 
 (i) the nozzle exit velocity; 
(ii) the blade speed; 
(iii) the total-to-static efficiency. 
 
 
 
4.12.- Draw the velocity triangles for a repeating stage of an axial turbine that has a 
blade speed of 200 m/s, a constant axial velocity of 100 m/s, a stator exit angle of 65°, 
and no interstage swirl. Assuming that the working fluid is air, calculate the stage 
loading coefficient and the degree of reaction of the machine. 
 
4.13.- Determine the total-to-total efficiency of a low speed axial turbine stage that at 
the design condition has a stator exit flow angle of 70°, zero swirl at inlet and exit, 
constant axial velocity, and 50% reaction. Assume that the kinetic energy loss 
coefficient of both the stator blades and the rotor blades is 0.09. 
 
Otros Problemas 
 
Ejercicio 1.- Obtener la forma del diagrama de velocidades asociado al rotor de un 
escalonamiento de turbina axial para los siguientes valores de los parámetros 
adimensionales: R=0, ψ=2 y φ=0,8. 
 
Ejercicio 2.- Calcular la geometría de la cascada de álabes de rotor del escalonamiento 
de turbina axial cuyo diagrama de velocidades es coincidente con el obtenido en el 
ejercicio 1. Considerar que dicha cascada está diseñada con una solidez de σ = 2,4 ((σ): 
inversa de la relación paso/cuerda (s/l)). Calcular, en concreto, la curvatura y los 
ángulos que forman con la dirección axial las tangentes a la línea media en el borde de 
ataque y en el borde de estela, suponiendo una desviación del fluido a la salida de 8,7º. 
 
Ejercicio 3.- Se propone calcular los valores de los rendimientos total a total y total a 
estática del escalonamiento analizado en los ejemplos anteriores (R=0, ψ=2, φ=0,8), 
suponiendo que la velocidad relativa de entrada al rotor es de 420 m/s. Considerar los 
siguientes valores de los coeficientes de pérdidas: ζR = 0,14725; ζN = 0,06105. 
 
Ejercicio 4.- Calcular el rendimiento total a total de un escalonamiento de turbina axial 
de reacción cuyo diagrama de velocidades queda definido a partir de los siguientes 
datos: R=0,5, ψ=2, φ=0,8 y velocidad periférica 328 m/s. Comparar los valores 
resultantes con los obtenidos en el ejercicio 3 (R=0, ψ=2 y φ=0,8), tomando para este 
caso los siguientes coeficientes de pérdidas: ζN = ζR = 0,0985. Calcular, asimismo, la 
deflexión del fluido en el rotor.