Calculadora de flujo isentrópico

El flujo isentrópico es un proceso ideal de flujo compresible que es adiabático y reversible. No cruza calor por la frontera del sistema y no hay fricción, ondas de choque, mezcla ni otros efectos que generen entropía. Aunque ningún flujo real es perfectamente isentrópico, el modelo describe con precisión muchas regiones suaves de toberas, difusores, túneles de viento, conductos de turbomáquinas y flujos aerodinámicos externos. Proporciona la referencia para medir las pérdidas reales y los efectos de los choques. Las condiciones de remanso, o totales, son la temperatura y la presión que alcanzaría un gas en movimiento al detenerse de forma isentrópica. Las condiciones estáticas son las propiedades termodinámicas locales medidas mientras el gas se mueve. Para un gas calóricamente perfecto, T/T0 es el inverso de uno más la mitad de gamma menos uno multiplicada por el número de Mach al cuadrado. Las relaciones de presión y densidad se obtienen elevando esa relación de temperaturas a gamma dividido entre gamma menos uno y a uno dividido entre gamma menos uno, respectivamente. El número de Mach es la velocidad del flujo dividida entre la velocidad local del sonido. Al aumentar Mach con las condiciones totales fijas, una mayor parte de la entalpía total aparece como energía cinética y la temperatura estática disminuye. La presión estática y la densidad bajan aún más. En Mach 1, el flujo es sónico y el área transversal correspondiente se denomina área crítica A*. La relación área-Mach mostrada aquí proporciona A/A* para un tubo de corriente isentrópico cuasiunidimensional. Excepto en Mach 1, una misma relación de áreas tiene soluciones de Mach tanto subsónicas como supersónicas. La relación de calores específicos gamma depende de la composición del gas y de la temperatura. El valor 1.4 es una aproximación habitual para aire seco a temperaturas ordinarias, mientras que los gases monoatómicos se acercan a 1.667. A temperaturas suficientemente altas, la excitación vibracional y las reacciones químicas hacen variar los calores específicos, lo que debilita la hipótesis de gas calóricamente perfecto. La humedad y las mezclas también pueden cambiar gamma. Cuando la precisión importe, usa propiedades adecuadas al intervalo de operación. Estas ecuaciones no se aplican a través de ondas de choque normales u oblicuas, porque los choques aumentan la entropía y no conservan la presión total. Tampoco incluyen fricción de capa límite, transferencia de calor, efectos multidimensionales ni adición de masa. Usa la presión de remanso aguas arriba de la región isentrópica y mantén unidades de presión absoluta coherentes. La calculadora es adecuada para análisis preliminares de toberas, cursos aeroespaciales, comprobaciones de dinámica de gases y comparación de puntos de operación. Los diseños finales deben incluir bloqueo sónico, coeficientes de descarga, propiedades de gases reales, pérdidas, límites estructurales y los métodos validados que requiera la aplicación.