Termodinámica Del Flujo De Fluido De Alta Velocidad

1. Toberas y Difusores
Las toberas y los difusores son utilizados comúnmente en maquinas de chorro, cohetes, nave espaciales e, incluso mangueras de jardín. Una tobera es un dispositivo que aumenta la velocidad de un fluido a expensas de la presión. Un difusor es un dispositivo que aumenta la presión de un fluido retardándolo; las toberas y los difusores efectúan tareas opuestas. El área de lasesión transversal de una tobera disminuye en la dirección del flujo en el caso de flujos subsónicos y aumenta cuando se trata de flujos supersónicos. Lo contrario es cierto para los difusores (Cengel y Boles 2008).
2. Álabes
Un álabe es la paleta curva de una turbomáquina o máquina de fluido rotodinámica. Forma parte del rodete y, en su caso, también del difusor o del distribuidor. Losálabes desvían el flujo de corriente, bien para la transformación entre energía cinética y energía de presión por el principio de Bernoulli, o bien para intercambiar cantidad de movimiento del fluido con un momento de fuerza en el eje. (colaboradores de Wikipedia. Wikipedia)
En el caso de las máquinas generadoras, esto es, bombas y compresores, los álabes del rodete transforman la energíamecánica del eje en entalpía. En las bombas y compresores con difusor, los álabes del estátor recuperan energía cinética del fluido que sale del rotor para aumentar la presión en la brida de impulsión. En las bombas, debido al encarecimiento de la máquina que ello conlleva, se dispone de difusor únicamente cuando obtener un alto rendimiento es muy importante, por ejemplo en máquinas de mucha potencia quefuncionan muchas horas al año.
En las máquinas motoras, ya sean turbinas hidráulicas o térmicas, el rodete transforma parte de la entalpía del fluido en energía mecánica en el eje. Los álabes del distribuidor conducen la corriente fluida al rodete con una velocidad adecuada en módulo y dirección, transforman parte de la energía de presión en energía cinética y, en aquellos casos en que los álabes sonorientables, también permiten regular el caudal.

3. Propiedades de Estancamiento
Cuando se analizan volúmenes de control, se ha determinado que resulta muy conveniente combinar la energía interna y la energía de flujo de un fluido en un solo termino, la entalpia, que se define por unidad de masa como h = u + Pv. Siempre que las energías cinéticas y potencial del fluido seaninsignificantes, como sucede a menudo, la entalpia representa la energía total de un fluido. Para flujos a altas velocidades, como los de los motores de propulsión, la energía potencial del fluido sigue siendo insignificante; sin embargo la energía cinética no lo es. En dichos casos, conviene cambiar la entalpia y la energía cinética del fluido en un término único llamado entalpia de estancamiento (o total) h0,definida por unidad de masa como

h0=h+ V22 (kJ/kg) (ecu. 1)
Cuando la energía ´potencial del fluido es insignificante, la entalpia de estancamiento representa la energía total de un flujo por unidad de masa de fluido en movimiento. Por lo tanto, se simplifica el análisis termodinámico de flujos a alta velocidad.
A lo largo de este trabajose hará referencia a la entalpia ordinaria h como la entalpia estática, cuando sea necesario, para distinguirla de la entalpia de estancamiento. Es necesario notar que la energía de estancamiento es una propiedad combinatoria de un fluido, justo como la entalpia estática, y estas dos entalpias son idénticas cuando la energía cinética del fluido es insignificante. Consideremos el flujoestacionario de un fluido que pasa a través de un ducto como una tobera aceleradora, un difusor o cualquier otro conductor de flujo donde el proceso se lleve a cabo adiabáticamente y sin ningún trabajo de flecha o eléctrico, como se muestra en la figura 1. Suponiendo que el fluido no experimenta ninguna variación o una muy pequeña en su elevación y por lo tanto en su energía potencial, la relación de...