Calculadora de flujo isentrópico

La Calculadora de Flujo Isentrópico es una herramienta útil para calcular las razones de presión, temperatura y densidad para un gas ideal que fluye isentrópicamente (sin cambio de entropía) a un número de Mach dado. Esto es particularmente importante en aplicaciones de ingeniería aeroespacial y mecánica.

Antecedentes

Las condiciones de flujo isentrópico asumen que el flujo es adiabático (sin transferencia de calor) y reversible, lo que lleva a un proceso de entropía constante. Estas condiciones son comunes en la aerodinámica de alta velocidad y la dinámica de gases.

Fórmulas

Las fórmulas clave utilizadas en esta calculadora son:

• Razón de Presión (P/P₀): \[ \frac{P}{P₀} = \left(1 + \frac{γ-1}{2} M² \right)^{-γ/(γ-1)} \]
• Razón de Temperatura (T/T₀): \[ \frac{T}{T₀} = \frac{1}{1 + \frac{γ-1}{2} M²} \]
• Razón de Densidad (ρ/ρ₀): \[ \frac{ρ}{ρ₀} = \left(\frac{P}{P₀}\right)^{1/(γ-1)} \]

Donde:

• \(γ\) es la razón de calor específico.
• \(M\) es el número de Mach.
• \(P₀\), \(T₀\), y \(ρ₀\) son la presión, temperatura y densidad total (de estancamiento), respectivamente.

Ejemplo de Cálculo

Para un número de Mach de 2.0 y una razón de calor específico \(γ\) de 1.4:

• Razón de Presión (P/P₀): Aproximadamente 0.127
• Razón de Temperatura (T/T₀): Aproximadamente 0.555
• Razón de Densidad (ρ/ρ₀): Aproximadamente 0.229

Importancia

Comprender el flujo isentrópico es crucial para el diseño de perfiles aerodinámicos, toberas y otros componentes en ingeniería aeroespacial. Ayuda a predecir cómo cambiarán las propiedades del flujo a medida que el fluido pasa a través de diferentes secciones de un sistema.

Preguntas Frecuentes

1. ¿Qué es el número de Mach?

   • El número de Mach es una cantidad adimensional que representa la razón de la velocidad de flujo más allá de un límite a la velocidad local del sonido.

2. ¿Por qué es importante la razón de calor específico?

   • La razón de calor específico \(γ\) afecta la forma en que las propiedades del gas cambian con la presión y la temperatura y es vital en los cálculos que involucran flujos compresibles.

3. ¿Dónde se utiliza el flujo isentrópico en la práctica?

   • Los principios del flujo isentrópico se aplican en el diseño de motores a reacción, cohetes y aviones supersónicos, entre otras aplicaciones aerodinámicas de alta velocidad.