flujos compresibles

Universidad Central de Colombia. Bohórquez Dairo. Flujo Compresible.

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FLUJO COMPRESIBLE
Bohórquez Mahecha Dairo Alejandro
Dbohorquezm2@ucentral.edu.co
Universidad Central


Resumen—El flujo en el que las variaciones en la
densidad no pueden ser despreciables es aquel que
se denomina como compresible. Por lo general el
flujo de líquidos se considera incompresible en
todas lascondiciones, mientras que el flujo de los
gases se puede considerar incompresible cuando
presenta un número de Mach inferior a 0,3 o si el
cambio de la densidad es menos al 5% con respecto
a la inicial. El flujo compresible ocurre en sistemas
de aire comprimido, líneas de transporte de gases y
sistemas de control neumático, entre muchas otras
aplicaciones. Debido a estas variaciones, en lapráctica, resulta más complicado el modelamiento
de un sistema de flujo compresible a través de
conductos de área variable o constante.
Índice
de
transferencias.

Términos—Presión,

flujos,

I. FLUJO COMPRESIBLE
Todos los fluidos son compresibles, incluyendo los
líquidos. Cuando estos cambios de volumen son
demasiado grandes se opta por considerar el flujo
como compresible (quemuestran una variación
significativa de la densidad como resultado de
fluir), esto sucede cuando la velocidad del flujo es
cercana a la velocidad del sonido. Estos cambios
suelen suceder principalmente en los gases ya que
para alcanzar estas velocidades de flujo el líquido se
precisa de presiones del orden de 1000 atmósferas,
en cambio un gas sólo precisa una relación de
presiones de 2:1 paraalcanzar velocidades sónicas.
La compresibilidad de un flujo es básicamente una
medida en el cambio de la densidad. Los gases son
en general muy compresibles, en cambio, la
mayoría de los líquidos tienen una compresibilidad

muy baja. Por ejemplo, una presión de 500 kPa
provoca un cambio de densidad en el agua a
temperatura ambiente de solamente 0.024%, en
cambio esta misma presión aplicadaal aire provoca
un cambio de densidad de 250%. Por esto
normalmente al estudio de los flujos compresibles
se le conoce como dinámica de gases, siendo esta
una nueva rama de la mecánica de fluidos, la cual
describe estos flujos.
En un flujo usualmente hay cambios en la presión,
asociados con cambios en la velocidad. En general,
estos cambios de presión inducirán a cambios de
densidad, loscuales influyen en el flujo, si estos
cambios son importantes los cambios de
temperatura presentados son apreciables. Aunque
los cambios de densidad en un flujo pueden ser muy
importantes hay una gran cantidad de situaciones de
importancia práctica en los que estos cambios son
despreciables.
El flujo de un fluido compresible se rige por
la primera ley de la termodinámica en los balancesde energía y con la segunda ley de la
termodinámica, que relaciona la transferencia de
calor y la irreversibilidad con la entropía. El flujo es
afectado por efectos cinéticos y dinámicos,
descritos por las leyes de Newton, en un marco de
referencia inercial –aquel donde las leyes de
Newton son aplicables-. Además, el flujo cumple
con los requerimientos de conservación de masa. Es
sabido quemuchas propiedades, tales como la
velocidad del fluido en un tubo, no son uniformes a
lo largo de la corriente.
Clasificación
Los flujos compresibles pueden ser clasificados de
varias maneras, la más común usa el número de
Mach (M) como parámetro para clasificarlo.
Donde V es la velocidad del flujo y a es la
velocidad del sonido en el fluido.

Universidad Central de Colombia. BohórquezDairo. Flujo Compresible.


Prácticamente incompresible: M < 0.3 en
cualquier parte del flujo. Las variaciones de
densidad debidas al cambio de presión
pueden ser despreciadas. El gas es
compresible pero la densidad puede ser
considerada constante.



Flujo subsónico: M > 0.3 en alguna parte del
flujo pero no excede 1 en ninguna parte. No
hay ondas de choque en el flujo.

...