Mecanica De Fluidos

Experiencia N 7 | Fluidos compresibles
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Primer Semestre 2012 |

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍADEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y AMBIENTALMECÁNICA DE FLUIDOS 2012 – CAMPUS SANTIAGO |

Profesor: | Adrián Rojo |
Ay. Laboratorio: | José Tapia Acuña |
Bloque: | Lunes : 10.00-10.45 hrs. |
Integrantes: | |
| Daniela Corvalán |
| Macarena Pérez |1. Resumen ejecutivo
En el siguiente informe se explica el comportamiento y propiedades de un fluido compresible a través de experiencia de laboratorio donde se utiliza el aire como fluido compresible.
Un fluido compresible se considera a todo aquel que cambia su densidad en más de un 10% entre la entrada y salida del flujo.
Es sumamente importante el conocimiento delcomportamiento de estos fluidos en la industria, ya que esto permite manipularlos de manera correcta y más eficiente. Un ejemplo importante utilizado en el área industrial es el gas natural, el cual en la actualidad se está implementando un sistema de cañerías para su distribución a redes domiciliarias.
2. Introducción y Teoría

Un Fluido compresible es aquel que a medida que fluye, su densidad cambiaen dirección del flujo, en más de un 10% desde que entra hasta que sale. Esta variación se debe a los cambios de Presión y temperatura.
En este caso se estudiaran los gases como fluidos compresibles y existen 2 condiciones importantes que caracterizan el cambio de densidad, cuando se trata de un flujo isotérmico y cuando es un flujo adiabático.

-Flujo isotérmico de un gas ideal a través deuna cañería horizontal
La temperatura permanece constante durante toda la trayectoria del fluido, esto queda expresado según la ley de los gases ideales como:

Pρ=cte= RTPM
Según esto, y un balance de energía y otro de masa se puede encontrar la expresión para el flujo másico de un fluido isotérmico:

G2=gcMRTp12-p22[N-lnp2p12] (1)
Donde N corresponde al número de alturas de velocidad,N=fLD.
Para encontrar el flujo máximo se deriva con respecto a p2 , y se tiene:

Gmáx2=ρ1 P1gc[1+ N-ln⁡ρ1 P1Gmax2] (2)

A través de Gmáx=p2gcρ2= ρ2v2 se puede encontrar la velocidad de salida

v2=gcp2ρ2
La cual se pude relacionar con la velocidad de una onda sonora de salida, en base a esto y a al comportamiento de la ley de los gases ideales, la velocidad del sonido está dada por:c=kgcRTM donde k=cpcv

Esta relación es importante, porque servirá para clasificar los fluidos según la velocidad que alcanzan, si la velocidad de salida es mayor que la del sonido se dice que son supersónicos, si es menor dice que son subsónicos. Esta característica está directamente relacionada con las alzas y caídas de presión.

-Flujo adiabático para un gas ideal a través de una cañeríahorizontal.

En este se producen variaciones de temperatura, pero la energía no se transfiere al medio, sino que al mismo fluido, es decir, la energía no sale del sistema. Esta relación está dada por,
ρ=ρ1p11/K*p1 k=cpcv

Si se realiza también un balance de masa y uno de energía se tiene la siguiente expresión para el flujo másico superficial de un gas ideal adiabático:G2=2gcMp1k-1/kRT1kk+1[p1k+1/k-p2k+1/k][N-lnp2p12/k] (3)

Derivando también con respecto a p2 se obtiene el flujo máximo:
Gmáx2=kp1ρ1k+12k+1+ N+ln⁡(kp1ρ1Gmáx2)2k+1 (4)

3. Objetivos

-Comprender que es un fluido compresible y comparar el cálculo teórico a través de una tubería con las mediciones experimentales de las presiones y temperaturas.

4. Datos experimentales
Los resultadosobtenidos en el laboratorio se muestran en la siguiente tabla:
| ENTRADA | SALIDA |
Flujo [slpm] | Temperatura [°C] | Presión [mmHg] | Temperatura [°C] | Presión[mmH20] |
70 | | | | |
90 | | | | |
Tabla 1. Resultados de las mediciones para un flujo de 90[slpm] y otro de 70[slpm].

5. Materiales y método
En la experiencia se utiliza como gas compresible el aire. Para el...