MEDICION DE FLUJO COMPRESIBLE BAJO RÉGIMEN SUBSÓNICO Y SUPERSÓNICO EN TOBERAS23

5/10/2018 MEDICION DE FLUJO COMPRESIBLE BAJO RÉGIMEN SUBSÓNICO Y SUPERSÓNICO EN TOBERAS23 - slidepdf.com

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MEDICION DE FLUJO COMPRESIBLEBAJO RÉGIMEN SUBSÓNICO Y

SUPERSÓNICO EN TOBERAS

RESUMEN

En el presente trabajo se busca encontrar la distribución de presiones de un flujo

compresible (aire) a la lo largo de una tobera. Los datos se obtuvieron en el laboratorio demecánica fluidos.

Se tomaron datos de la presión en diferentes puntos de la tobera manteniendo la presiónde entrada constante, el flujo compresible en este caso aire es proporcionado por unacompresora. La mediciones hechas son para 3 tipo des toberas; convergente- divergente,convergente-paralela y convergente.

Con los datos obtenidos y las ecuaciones que gobiernan los flujos compresibles seencontraron las relaciones que guardan ρ/ρ0 , (P5-P6)/P0 , así como la variación del número

de Mach.

Con estos parámetros conocidos se graficó la tendencia que tienen los mismos respecto ala posición de las toberas. También se graficó la tendencia del número de mach en esteflujo.

Todos estos resultados fueron contrastados con modelos encontrados en las distintasbibliografías, habiendo discrepancia debido a la incertidumbre de mediciones en losinstrumentos utilizados en el laboratorio.



OBJETIVOS

Medición de la distribución de presiones de toberas.

Determinar experimentalmente los comportamientos de los parámetros adimensionales

ρ/ρ0 , (P5-P6)/P0 y Ma en un flujo compresible a través de una sección variable (toberas).

VARIABLES A CONSIDERAR:

Se miden, para tobera, presión de entrada Po constante y Presión de salidavariable.

Se miden las presiones a lo largo de las toberas convergente , divergente yparalela .Caudal de aire medido en la placa orificio.

Se consideran las variables atmosféricas.

MARCO TEORICO

Flujo Compresible: Cuando la variacion de densidad de un fluido es considerable, se ledenomina Flujo Compresible, esta intrisicamente ligado al numero de Mach, si este esmayor a 0.3 entonces el flujo necesariamente es compresible; que sea elevado esteparametro adimensaional implica que viaja a velocidades comparables o mayores que lavelocidad del sonido.

Una clasificación más completa es: Flujo incompresible: Ma < 0,3 Flujo subsónico: 0,3 < Ma < 0,8 Flujo transónico: 0,8 < Ma < 1,2 Flujo supersónico: 1,2 < Ma < 3,0 Flujo hipersónico: 3,0 < Ma

La mayor parte de los analisis experimentales con flujos compresibles se limitan a gasesperfectos con calores especificos constantes, es decir se cumplen las siguientesecuaciones:



Las relaciones de energia interna y entalpia de un gas perfecto con calores especificosconstantes son:

Para el aire se tienen los siguientes valores:

Las variaciones de entropia se calculan a partir de la 1era y 2da ley de la termodinamica:

La aproximacion de flujo isentropico es muy habitual en la teoria de flujo compresible, porlo tanto no existe variacion de entropia y se puede aplicar las siguientes ecuaciones:

Ademas de ser isentropico se le considera un proceso adibatico, esto conjuntamente conla hipotesis anterior simplifica los calculos de flujo compresible, quedando para un gasperfecto que la velocidad del sonido es:



Consideremos el flujo de una gas a altas velocidades cerca de una pared aislada, dondeno hay trabajo de partes moviles, entonces la ecuacion de la energia queda de lasiguiente manera:

Si se desprecian los terminos de energia potencial y fuera de la capa limite latransferencia de calor y el trabajo de los esfuerzsos viscosos son nulos, entonces en lacorriente exterior se cumple:

La ecuacion es valida para flujo estacionario adiabatico de cualquier fluido compresiblefuera de la capa limite. Laconstante h0 es la entalpia de remanso y viene a ser la maximaentalpia que puede alcanzar el fluido cuando se lleva al reposos adiabaticamente.

En gases perfectos

Donde T0 es la temperatura de remanso, adimensionalizando con la velocidad del sonido

aparace como parametro el numero de Mach:

Ycomo el flujo es isoentropico tambien:



Las magnitudes de remanso son referencias utiles en flujos compresibles, asi mismo lascondiciones sonica o criticas que se dan cuando el flujo tiene un Ma= 1, estas se

relaciones con las anteiores mediante las siguientes ecuaciones:

En un flujo isentropico las condiciones criticas son contantes, para nuetro experimento setiene ϒ=1.4 , se obtiene las siguientes relaciones numericas.

Combinando las relaciones de flujo isentropico y/o adiabatico con la ec. De continuidad sepuede estudiar problemas practicos de flujo compresible si se emplea la aproximaccion deflujo unidimensional.



Entoces se puede relacionar las variaciones de velocidad y de area de un flujo isentropicoen conductos. Ademas pone en manifiesto que las variaciones de las propiedadescambian de signo al pasar del flujo subsonico a supersonico.



TOBERAS

La tobera es un ducto con área de sección transversal uniformemente variable en el cualse acelera un flujo de vapor o gas, Su funcion principal es convertir entalpia de un fluidoen energia cinetica.



DIFUSORES

Un difusor es un dispositivo que aumenta la presión de un fluido. Es una tobera inversapor lo tanto el área de entrada es menor que el área de salida y por consiguiente lavelocidad se disminuye dentro del difusor. La transferencia de calor es muy pequeña ydespreciable, por esto se consideran como adiabáticos. Debido a los cambios que hay enla velocidad el cambio en la energía cinética es bastante apreciable y como el fluidoexperimenta poco o ningún cambio en la elevación la energía potencial es despreciable.

COMPORTAMIENTO DE FLUJOS EN TOBERAS Y DIFUSORES

En el punto Sonico



La ecuacion de continuidad puede convertirse en una expresion que relacione loscambios de area con el numero de Mach.

Para ϒ=1.4

Para condiciones e remanso dadas, el gasto masico maximo que puede atravesar unconducto se obtiene cuando en las garganta se dan condiciones sonicas, entonces elconducto esta bloqueado.

La ecuación de continuidad usada en mecánica de gases para obtener el caudal másicoen flujo compresible es:

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