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U N E X P O

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA SECCIÓN DE TERMOFLUIDOS DINAMICA DE GASES

DINAMICA DE GASES
(322678) Profesor: LUIS M. BUSTAMANTE

Puerto Ordaz. 2010.

Prof. Luis M. Bustamante. Ingeniero Mecánico. U.C.V. Esp. UNEXPO, UCAB. Diplomado U.L.A. Sociedad Bolivariana

CAPITULOI
CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FLUJO COMPRESIBLE.
1.1 Definición de Flujo Compresible. 1.2 Regímenes de Flujo Compresible. 1.3 Velocidad del sonido. Número y Angulo de mach. 1.4 Condición Característica y de Estancamiento. 1.5 Resumen de ecuaciones. 1.6 Aplicaciones. 1.7 Problemas. 1.8 Bibliografía.

UNEXPO. Dpto. de Ingeniería Mecánica Sección de Termofluidos. Semestre 2011-I. Dinámica deGases. Conceptos Fundamentales de Flujo Compresible.

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Prof. Luis M. Bustamante. Ingeniero Mecánico. U.C.V. Esp. UNEXPO, UCAB. Diplomado U.L.A. Sociedad Bolivariana

CAPITULO I CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FLUJO COMPRESIBLE.
1.1.- DEFINICIÓN DE FLUIDO COMPRESIBLE. Por lo general el fluido compresible se ha definido como aquel cuya densidad varía; esto en contraste con la tradicional definicióndel fluido incompresible, en donde la densidad se asume como constante. Científicamente se puede demostrar que todo fluido es compresible en mayor o menor grado. De cualquier modo, el hecho de asumir que la densidad se mantiene constante para algunos gases y líquidos puede considerarse razonable y en muchos casos el uso de la ecuación de Bernoulli de la forma

p  1 V 2  const 2

(1.1)permite cierta confianza. Sin embargo, para los conocimientos a suministrar en este trabajo, no se puede utilizar la ecuación (1.1) para tratar el fluido compresible, ya que se requiere una definición más elaborada del mismo. Considérese un pequeño elemento de fluido de volumen v . La presión que los alrededores ejercen sobre ese elemento de volumen es p . Ahora considérese que esa presión esincrementada una cantidad infinitesimal dp . Sobre este elemento de volumen se estará experimentando una compresión que genera una variación de volumen dv y como el volumen se ha reducido, éste será negativo. La compresibilidad, la cual es una medida de cuanto se puede comprimir un fluido, de un fluido se ha definido como

 

1 dv v dp

(1.2)

Físicamente, la compresibilidad es una fracciónde cambio de un elemento de volumen por unidad de cambio de presión. Sin embargo, lo expresado anteriormente, no es totalmente preciso. Por experiencia cuando un gas es comprimido su temperatura se incrementa, dependiendo de la cantidad de calor que ese gas intercambia con los alrededores. Si la temperatura de ese elemento de fluido es mantenida constante, entonces se estará realizando unacompresión isotérmica y la compresibilidad se puede definir como
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Prof. Luis M. Bustamante. Ingeniero Mecánico. U.C.V. Esp. UNEXPO, UCAB. Diplomado U.L.A. Sociedad Bolivariana

   

1  v   v  p T 

(1.3)

En otro orden de ideas si en elproceso de compresión no existe transferencia de calor, es decir, si el proceso es adiabático, se estará realizando una compresión isentrópica y la compresibilidad se define como

   

1  v   v  p  S 

(1.4)

en donde el subíndice s , indica que la derivada parcial es realizada a entropía constante. La compresibilidad es una propiedad de los fluidos. Los líquidos la poseenmuy 2 baja, (por el orden de 10-10 m a 1 atm) y los gases la poseen muy alta (por el orden N 2 de 10-5 m a 1 atm). Si se asume que el elemento de fluido posee una masa unitaria, N v es el volumen específico, y la densidad es   1 ; en términos de la densidad la v compresibilidad queda como


o también

1 d  dp

(1.5)

d  dp

(1.6)

es decir, cuando se experimenta un cambio de...