Marco teorica de la dinamica de gases En este capítulo se plasmará la fundamentación teórica del presente Trabajo de Ascenso.

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

        En este capítulo se plasmará la fundamentación teórica del presente Trabajo de Ascenso.

2.1 Antecedentes.

A continuación se indica los resultados de búsqueda de antecedentes bibliográficos del presente Trabajo de Ascenso:

No se duda de la existencia de algún simulador de características similares en algún otro lugar, pero la búsqueda que se realizó a través de la Internet, no arrojó ningún resultado positivo. Por la manera como se ha realizado el presente trabajo, de forma independiente y utilizando sólo la información de apuntes de clases y de los textos que soportan la teoría, no se ha necesitado un trabajo con similares características que pueda servir como antecedentes  para el presente.

2.2 Términos  importantes a ser manejados en el estudio del flujo compresible.

1. Presión de Estancamiento (P0): es el valor que toma la presión cuando un fluido en movimiento se desacelera hasta alcanzar la velocidad cero mediante un proceso sin rozamiento y adiabático, es decir isoentrópico.

1. Presión estática (p): es el valor de presión que tiene un fluido en      cualquier sección dentro del proceso de flujo.

1. Temperatura de Estancamiento (T0): es el valor que toma la temperatura cuando un fluido en movimiento se desacelera hasta alcanzar la velocidad cero mediante un proceso sin rozamiento y adiabático, es decir isoentrópico.

1. Entalpía de Estancamiento (h0): es el valor que toma la entalpía cuando un fluido en movimiento se desacelera hasta alcanzar la velocidad cero mediante un proceso sin rozamiento y adiabático, es decir isoentrópico. Se conoce también como energía total y viene dada por:

                          [pic 1]                                          (2.1)

1. Número de Mach: parámetro adimensional que permite determinar el régimen (subsónico o supersónico) del flujo de un fluido.

El Número de Mach, en aerodinámica y mecánica de fluidos, es el cociente entre la velocidad de un objeto (generalmente un avión) con respecto a un fluido (un gas o un líquido) y la velocidad del sonido en dicho fluido. El número de Mach, se llama así en honor al físico y filósofo austriaco Ernst Mach. Las velocidades menores de Mach 1 son subsónicas o menores que la del sonido; las velocidades en torno a Mach 1 son transónicas o aproximadamente iguales a la del sonido; las velocidades superiores a Mach 1 son supersónicas o mayores que la del sonido. Un avión que vuele a Mach 2, por ejemplo, tiene una velocidad dos veces mayor que la del sonido.

Puede evaluarse a través de la siguiente expresión:

                                  [pic 2]                                                         (2.2)

1. Velocidad del sonido (c): valor que adquiere en un punto local del flujo, la velocidad de propagación de las ondas sonoras en el seno de un fluido determinado, este valor c, va a depender de las características elásticas del fluido, así como de su temperatura, por eso se habla de valor puntual, en los líquidos, este valor es mayor que en los gases.

1. Flujo subsónico: es un régimen de flujo en el cual la velocidad local del fluido es menor a la velocidad local del sonido, es decir el número de Mach es menor a 1.

1. Flujo supersónico: es un régimen de flujo en el cual la velocidad local del fluido es mayor a la velocidad local del sonido, es decir el número de Mach es mayor a 1.

1. Flujo transonico: se dice que se está en régimen transónico, cuando la velocidad del flujo está muy cerca de la velocidad del sonido, es decir el M esta muy cerca de 1, bien sea por debajo, o por encima de 1, pero muy cerca de este valor.

1. Condiciones críticas (*): son unas condiciones referenciales para predecir el comportamiento de un flujo compresible, las cuales ocurren en la sección mínima del ducto de área variable y donde el número de Mach vale 1.

1. Tobera: dispositivo usado en muchas aplicaciones de Ingeniería, que tiene como finalidad realizar una expansión del flujo de un fluido, es decir se aumenta su velocidad, a expensas de la reducción de presión y de nivel térmico; pueden ser convergente (flujo subsónico), divergente (flujo supersónico) o convergente-divergente (en flujos combinados).

1. Ondas de choque normales: son fenómenos que suelen ocurrir en la sección interna de una tobera supersónica, y que constituyen irreversibilidades donde se pasa bruscamente, en una sección no mayor de 1x10-5 pulgadas, de flujo supersónico a flujo subsónico, generalmente ocurren por efecto del incremento de la contrapresion.

1. Contrapresion (Pb): es la presión a la cual se encuentra el ambiente al cual descarga una tobera o ducto de transporte de fluido.

1. Presión de descarga (Pe): es la presión a la cual descarga una tobera o un ducto de transporte de fluido, sucede justo a la salida.

1. Tablas de flujo Isoentrópico (T.F.I.): son producto de la tabulación de los resultados obtenidos de las ecuaciones para flujo isoentrópico de un gas ideal, y tienen como finalidad arrojar relaciones adimensionales referenciales de las propiedades en cada sección de un campo de flujo en función de las propiedades de estancamiento del flujo para cada régimen de flujo.

1. Tablas de Choque Normal (T.Ch.): son producto de la tabulación de las ecuaciones para flujo con choque normal de un gas ideal, y tienen como finalidad obtener relaciones referenciales de las propiedades justamente antes y justamente después del choque en cada sección de un campo de flujo donde pueda este suceder y en función del régimen justo antes del choque.

2.3 Flujo Compresible [2].

El interés por los flujos compresibles comenzó con el desarrollo de las turbinas de vapor por el inventor británico Charles Algernon Parsons y el ingeniero sueco Carl Gustaf Patrik de Laval durante la década de 1880. En esos mecanismos se descubrió por primera vez el flujo rápido de vapor a través de tubos, y la necesidad de un diseño eficiente de turbinas llevó a una mejora del análisis de los flujos compresibles. Pero los avances modernos tuvieron que esperar al estímulo que supuso el desarrollo de la turbina de combustión y la propulsión a chorro en la década de 1930. El interés por los flujos de alta velocidad sobre superficies surgió de forma temprana en los estudios de balística, donde se necesitaba comprender el movimiento de los proyectiles. Los avances más importantes comenzaron hacia el final del siglo XIX, con Prandtl y sus discípulos, entre otros, y crecieron con la introducción de los aviones de alta velocidad y los cohetes en la II Guerra Mundial.

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