compresibilidad de fluidos

7/30/2019 Compresibilidad de Fluidos

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL

DEPARTAMENTO ACADEMICO DE INGENIERIA DE LOSRECURSOS HIDRICOS

TEMA: Compresibilidad en los Fluidos

CURSO: Mecnica de Fluidos I

ALUMNO: Rubio Melndez A. Gabriel

PROFESOR: Jos A. Coronel Delgado

Jan 28 de marzo del 2011


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COMPRESIBILIDAD

La compresibilidad es una propiedad de la materia a la cual se debeque todos los cuerpos disminuyan de volumen al someterlos a unapresin o compresin determinada manteniendo constantes otros

parmetros.

Compresibilidad en slidos, lquidos y gases

Los slidos a nivel molecular son muy difciles de comprimir, ya quelas molculas que tienen los slidos son muy pegadas y existe pocoespacio libre entre ellas como para acercarlas sin que aparezcanfuerzas de repulsin fuertes. Esta situacin contrasta con la de losgases los cuales tienen sus molculas separadas y que en general sonaltamente compresibles bajo condiciones de presin y temperaturanormales. Los lquidos bajo condiciones de temperatura y presinnormales son tambin bastante difciles de comprimir aunquepresenta una pequea compresibilidad mayor que la de los slidos.

FLUIDOS COMPRESIBLES E INCOMPRESIBLES

En mecnica de fluidos se considera tpicamente que los fluidosencajan dentro de dos categoras que en general requieren untratamiento diferente: los fluidos compresibles y los fluidos

incompresibles. Que un tipo de fluido pueda ser consideradocompresible o incompresible no depende slo de su naturaleza oestructura interna sino tambin de las condiciones mecnicas sobre elmismo. As, a temperaturas y presiones ordinarias, los lquidospueden ser considerados sin problemas como fluidos incompresibles,aunque bajo condiciones extremas de presin muestran unacompresibilidad estrictamente diferente de cero. En cambio los gasesdebido a su baja densidad an a presiones moderadas puedencomportarse como fluidos compresibles, aunque en ciertasaplicaciones pueden ser tratados con suficientes aproximacin comofluidos incompresibles. Por estas razones, tcnicamente ms que

hablar de fluidos compresibles e incompresibles se prefiere hablar delos modelos de flujo adecuados para describir un fluido en unasdeterminadas condiciones de trabajo y por eso ms propiamente sehabla de flujo compresible y flujo incompresible.

Flujo compresible

Todos los fluidos son compresibles, incluyendo los lquidos. Cuandoestos cambios de volumen son demasiado grandes se opta porconsiderar el flujo como compresible (que muestran una variacinsignificativa de la densidad como resultado de fluir), esto sucedecuando la velocidad del flujo es cercano a la velocidad del sonido.
http://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Compresi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Compresi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%B3lidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Gashttp://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADquidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Volumen_(f%C3%ADsica)


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Estos cambios suelen suceder principalmente en los gases ya quepara alcanzar estas velocidades de flujo el lquido se precisa depresiones del orden de 1000 atmsferas, en cambio un gas sloprecisa una relacin de presiones de 2:1 para alcanzar velocidadessnicas. La compresibilidad de un flujo es bsicamente una medida

en el cambio de la densidad. Los gases son en general muycompresibles, en cambio, la mayora de los lquidos tienen unacompresibilidad muy baja. Por ejemplo, una presin de 500 kPaprovoca un cambio de densidad en el agua a temperatura ambientede solamente 0.024%, en cambio esta misma presin aplicada al aireprovoca un cambio de densidad de 250%. Por esto normalmente alestudio de los flujos compresibles se le conoce como dinmica degases, siendo esta una nueva rama de la mecnica de fluidos, la cualdescribe estos flujos.

En un flujo usualmente hay cambios en la presin, asociados concambios en la velocidad. En general, estos cambios de presininducirn a cambios de densidad, los cuales influyen en el flujo, siestos cambios son importantes los cambios de temperaturapresentados son apreciables. Aunque los cambios de densidad en unflujo pueden ser muy importantes hay una gran cantidad desituaciones de importancia prctica en los que estos cambios sondespreciables.

El flujo de un fluido compresible se rige por la primera ley de latermodinmica en los balances de energa y con la segunda ley de la

termodinmica, que relaciona la transferencia de calor y lairreversibilidad con la entropa. El flujo es afectado por efectoscinticos y dinmicos, descritos por las leyes de Newton, en un marcode referencia inercial aquel donde las leyes de Newton sonaplicables-. Adems, el flujo cumple con los requerimientos deconservacin de masa. Es sabido que muchas propiedades, talescomo la velocidad del fluido en un tubo, no son uniformes a lo largode la corriente.

Flujo incompresible

La incompresibilidad es una aproximacin y se dice que el flujo esincompresible si la densidad permanece aproximadamente constantea lo largo de todo el flujo. Por lo tanto, el volumen de todas lasporciones del fluido permanece inalterado sobre el curso de sumovimiento cuando el flujo o el fluido es incompresible. En esencia,las densidades de los lquidos son constantes y as el flujo de ellos estpicamente incompresible. Por lo tanto, se suele decir que loslquidos son sustancias incompresibles. Ejemplo: una presin de 210atm hace que la densidad del agua liquida a 1 atm cambie en slo 1por ciento. Cuando se analizan flujos de gas a velocidades altas, lavelocidad del flujo a menudo se expresa en trminos del nmeroadimensional de Mach que se define como


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En donde c es la velocidad del sonido cuyo valor es de 346 m/s en elaire a temperatura ambiente al nivel del mar. Se dice que un flujo essnico cuando Ma=1, subsnico cuando Ma1, e hipersnico cuando Ma>>1. Los flujos de lquidos son

incompresibles hasta un nivel alto de exactitud, pero el nivel devariacin de la densidad en los flujos de gases y el nivel consecuentede aproximacin que se hace cuando se modelan estos flujos comoincompresibles depende del nmero de Mach. Con frecuencia, losflujos de gases se pueden aproximar como incompresibles si loscambios en al densidad se encuentran por debajo de alrededor de100 m/s. As el flujo de un gas no es necesariamente compresible.

Clasificacin

Los flujos compresibles pueden ser clasificados de varias maneras, lams comn usa el nmero de Mach (Ma) como parmetro paraclasificarlo.

Donde V es la velocidad del flujo y a es la velocidad del sonido en elfluido.

Prcticamente incompresible: Ma < 0.3 en cualquier partedel flujo. Las variaciones de densidad debidas al cambio depresin pueden ser despreciadas. El gas es compresible pero ladensidad puede ser considerada constante.

Flujo subsnico: Ma > 0.3 en alguna parte del flujo pero noexcede 1 en ninguna parte. No hay ondas de choque en el flujo.

Flujo transnico: 0.8 Ma 1.2. Hay ondas de choque que

conducen a un rpido incremento de la friccin y stas separanregiones subsnicas de hipersnicas dentro del flujo. Debido aque normalmente no se pueden distinguir las partes viscosas yno viscosas este flujo es difcil de analizar.

Flujo supersnico: 1.2 < Ma 3. Normalmente hay ondas dechoque pero ya no hay regiones subsnicas. El anlisis de esteflujo es menos complicado.

Flujo hipersnico: Ma > 3. Los flujos a velocidades muygrandes causan un calentamiento considerablemente grande en

las capas cercanas a la frontera del flujo, causando disociacinde molculas y otros efectos qumicos


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