Hidrodinámica Flujo Compresible

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Hidrodinámica Flujo Compresible

Conceptos Fundamentales

Se denomina flujo comprensible a aquel fluido  cuyo densidad varía significativamente ante un cambio de presión. Tanto los gases, como los líquidos y los sólidos, todos disminuyen su volumen cuando se les aplica presión. La entre de la variación de volumen y la variación de presión, es una constante K, propia de cada material, que depende de la elasticidad del mismo.


El valor de K es muy grande para sólidos y líquidos, ya que varían escasamente su volumen (por lo tanto su densidad) ante una variación de presión. Es por esto que se dice que la mayoría de sólidos y líquidos son incompresibles. En cambio el valor de K es muy pequeño para los gases, dado que ante una gran presión, su volumen disminuye mucho. Entonces decimos que la mayoría de los gases son fluidos compresibles


Número de Mach

Es el parámetro dominante en el análisis de flujos compresibles, con efectos distintos dependiendo de su magnitud.
0.3 < Ma < 0.8 →flujo subsónico
0.8 < Ma < 1.2  →flujo transónico
1.2 < Ma < 3.0  →flujo supersónico
3.0 < Ma  →flujo hipersónico

Velocidad del Sonido

La compresibilidad de un flujo también se puede evaluar mediante la velocidad en que se transmiten las pequeñas perturbaciones dentro del mismo fluido. A esta velocidad se le llama velocidad sónica o velocidad del sonido. Los fluidos compresibles tienen bajas velocidades sónicas.

Flujo adiabático e isoentrópico

El flujo adiabático es aquel en el cual el fluido del sistema termodinámico realiza un trabajo pero no intercambia calor, en dicho flujo la entropía cambia, por lo tanto es irreversible.
El flujo isoentrópico es un caso especial del flujo adiabático donde la entropía permanece constante. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica se verifica que: δQ<TdS. Donde δQ es la cantidad de energía que el sistema gana por transferencia de calor, T es la temperatura de la fuente térmica que interviene en el proceso y dS es el cambio de la entropía del sistema en dicho proceso. El símbolo de igualdad implica un proceso reversible. Por lo que el proceso isoentrópico es reversible, es decir, puede regresar a su estado inicial

Bloqueo, onda de choque

Un bloqueo sónico es un fenómeno que se produce en conductos donde la velocidad del fluido es igual o superior a la del sonido al llegar a esta velocidad el flujo alcanza un punto de flujo másico máximo que se puede superar debido a un estrechamiento de la sección útil de paso del fluido generado por el propio gas.
Una onda de choque es una onda de presión que viaja más rápido que la velocidad del sonido en el mismo medio por el cual se propaga la onda, que a través de diversos fenómenos produce diferencias de presión extremas de la temperatura.

Flujo compresible en conductos de fricción con adición de calor.

El flujo de Rayleigh es un tipo de flujo compresible en conductos. Se caracteriza por no ser adiabático, absorbe o cede calor para mantener una sección de paso constante sin cambio en la masa que circula por ella y sin efecto de la fricción.
Debido a esta transferencia de calor, la temperatura de remanso (también llamada de estancamiento total) cambia con el intercambio de este calor. Este intercambio afecta también a la presión de remanso con lo que se denomina efecto Rayleigh: el aumento de la temperatura genera un cambio de la densidad que apara conservar el gasto másico altera la velocidad. Por conservación de energía se conserva una variación de presión.
Así la adición de calor al flujo tenderá a llevar el flujo a Mach unitario, bloqueándolo.

Pérdida Localizada

En tuberías ocurren pérdidas de energía provocada por obstrucciones, cambios locales de la sección o cambios abruptos de dirección en la trayectoria del flujo. Las pérdidas de carga por fricción en accesorio ocurren en tramos cortos, e hidráulicamente se consideran que ocurren en un punto y usualmente son conocidas como pérdidas de carga localizadas existen pocos resultados de validez, debido principalmente a que el carácter de flujo de los accesorios es bastante complicado y la forma para determinar el valor de las pérdidas es experimental.
La magnitud de la pérdida de carga local se expresa como una fracción de la carga de velocidad, inmediatamente aguas abajo del sitio donde se produce de velocidad, inmediatamente aguas abajo del sitio donde se produce la pérdida. La velocidad del flujo dentro del accesorio se estima en base al cual y diámetro interno del accesorio.

Donde:
hi = es la perdida local de carga hidráulica
Ki = factor que depende de la obstrucción
v = velocidad media
g = gravedad








Bibliografía
González Mónica. (2010). Flujo Compresible. 05 de Junio de 2020, de La Guia Sitio web: https://quimica.laguia2000.com/conceptos-basicos/flujo-compresible
Néstor José Pedrique Silva. (2013). Onda de Choque(Dinamica de Fluidos). 05 de Junio de 2020, de Scribd Sitio web: https://es.scribd.com/doc/153303194/Onda-de-Choque-Dinamica-de-Gases
Jimenéz Sergio. (2017). Pérdidas de carga localizadas o en accesorios. 05 de Junio de 2020, de Hidraulica Fácil Sitio web: https://www.hidraulicafacil.com/2017/07/perdida-de-carga-localizada-o-en.html
Anónimo. (2019). Proceso Isentrópico o isoentrópico y proceso adiabático. 05 de Junio de 2020, de La web de física Sitio web: https://forum.lawebdefisica.com/blogs/richard-r-richard/316785-proceso-isentr%C3%B3pico-o-isoentr%C3%B3pico-y-proceso-adiab%C3%A1tico

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