Química

Flujo compresible

Publicado por Mónica González

Se denomina flujo compresible a aquel fluido cuya densidad varía significativamente ante un cambio de presión. Tanto los gases, como los líquidos y los sólidos, todos disminuyen su volumen cuando se les aplica una presión. La relación entre la variación de volumen y la variación de presión, es una constante K, propia de cada material, que depende de la elasticidad del mismo.

El valor de K es muy grande para sólidos y líquidos, ya que varían escasamente su volumen (por lo tanto su densidad) ante una variación de presión. Es por esta razón que se dice que la mayoría de los sólidos y líquidos son incompresibles. En cambio, el valor de K es muy pequeño para los gases, dado que ante una gran presión, su volumen disminuye mucho. Entonces decimos que la mayoría de los gases son fluidos compresibles.

La compresibilidad de un fluido también se puede evaluar mediante la  velocidad en que se transmiten pequeñas perturbaciones dentro del mismo fluido. A esta velocidad se le llama velocidad sónica, o velocidad del sonido en el fluido. Los fluidos compresibles tienen bajas velocidades sónicas; en los flujos incompresibles, la velocidad sónica es alta.

De esta manera, a una atmósfera  y 20 grados Celsius, la velocidad del sonido en el agua es de 1483,2 metros por segundo, en el aire, la velocidad sónica es 331,3 metros por segundo.

La relación entre la velocidad del flujo (V) y la velocidad del sonido (c) en el medio fluido se le llama número de Mach.

Para valores de Mach menores a 0.3, los cambios de densidad son solamente del entrono del 2% ante variaciones  de presión, por lo tanto, fluidos con Mach menor que 0.3 se consideran incompresibles. En líquidos, la velocidad del sonido en alta, por lo tano el Mach es pequeño, siendo fluidos incompresibles.

Según su número de Mach, los fluidos compresibles se pueden clasificar en:

  • Fluidos subsónicos: con Mach menor que 1.
  • Fluidos sónicos: Mach igual a 1.
  • Fluidos supersónicos: con Mach mayor a 1.

En una clasificación más completa, tenemos:

  • Flujo incompresible: Mach menor que 0.3.
  • Flujo subsónico: Mach entre 0.3 y 0.8.
  • Flujo transónico : Mach entre 0.8 y 1.2
  • Flujo supersónico: Mach enre 1.2 y 3.0
  • Flujo hipersónico. Mach mayor que 3.0

Los flujos compresibles tienen aplicaciones en variadas áreas.  Un ejemplo  muy común  son los sistemas de aire comprimido que se usan en  equipos dentales y herramientas de taller, tuberías de alta presión para transportar  gases, entre otros. Los efectos de la compresibilidad de fluidos son muy importantes en el diseño de aeronaves de alta velocidad.

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