Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Mecánica Guía de Laboratorio 2 (Compresible) Asignatura: Mecánica de Fluidos II Código de Asignatura: 3943 Departamento de: Energía y Ambiente Semestre: II Actualizado a: II Semestre 2024 Laboratorio 2 (Compresible) Tema: Propiedades en dispositivos convergentes-divergente con flujo isoentrópico 1. Objetivos. Determinar las razones de área a lo largo del dispositivo convergente-divergente. Calcular el comportamiento de las propiedades a partir de las relaciones isoentrópicas para un flujo de salida supersónico. 2. Fundamento Teórico. Cuando combinamos las relaciones de flujo isoentrópico con la ecuación de conservación de masa, se obtiene una relación para estudiar un flujo compresible en el que no existen irreversibilidades. En flujos reales existe la condición de no deslizamiento en las paredes, por lo tanto, a través del flujo se forma un perfil de velocidades. Se puede hacer una aproximación a un análisis unidimensional como el presente en la figura 1, asumiendo que las variaciones de áreas son pequeñas y el radio de curvatura es grande [1] [2]. Figura 1. Relación de la velocidad en a) flujo real, b) flujo isoentrópico unidimensional [1]. Al estudiar en flujo masico en las condiciones sónicas y relacionarlas con cualquier sección obtenemos la siguiente expresión: 𝜌𝑉𝐴 = 𝜌∗𝑉∗𝐴∗ (1) Como esta relación depende solamente del numero de Mach en un flujo isentrópico, obtenemos una ecuación de la relación de área en cualquier sección en función del número de Mach y de la relación de calores específicos. 0.5(𝑘+1)/(𝑘−1) 𝐴 1 2 𝑘−1 = [( ) (1 + 𝑀𝑎2)] 𝐴∗ 𝑀𝑎 𝑘 + 1 2 (2) Con el número de Mach se pueden conocer las demás propiedades si el flujo sigue siendo isoentrópico a lo largo de todo el dispositivo convergente-divergente. Guía de Laboratorio 2 (Compresible) II Semestre 2024 Actualizado a: Asignatura: Cód. de Asignatura Mecánica de Fluidos II 3943 3. Organización de Grupos de Trabajo. Los estudiantes se organizarán conforme a lo indicado por el instructor de laboratorio. 4. Recursos (Equipos y Materiales). Computadora Software de resolución de cálculos (Excel, Scilab, Matlab, Python, etc.) AutoCAD 5. Procedimiento. a) Abrir el plano dado por el instructor del dispositivo convergente-divergente en el software AutoCAD. b) Medir el diámetro de la garganta de la tobera (sección crítica) c) Seccionar en diversos puntos la tobera (recomendable en 20 partes) para obtener los diámetros en cada uno de estos puntos. d) Obtener la relación de Área/Área crítica en cada punto. e) En base a las relaciones isoentrópicas, calcular para cada punto el número de Mach, presión, temperatura, densidad y entalpia para las condiciones iniciales dadas. 6. Resultados. Completar la tabla 2 utilizando las relaciones isoentrópicas para flujo compresible. Tabla 1. Condiciones de estancamiento a la entrada de la tobera. 𝑷𝟎 (𝒌𝑷𝒂) 101.3 𝑻𝟎 (𝑲) 300 Tabla 2. Propiedades en el dispositivo convergente-divergente a partir de relaciones isoentrópicas. 𝒙 (𝒎) 𝑫 (𝒎) 𝑨 𝑨∗ 𝑴𝒂 𝑷 (𝒌𝑷𝒂) 𝑻 (𝑲) 𝝆( 𝒌𝒈 𝒎𝟑 ) 𝒉( 𝒌𝑱 𝒌𝒈 ) Preguntas de desarrollo Grafique Ma, P, T, ρ y h respecto a la posición x y compárelas con el dibujo de la tobera. ¿Qué valores tienen las propiedades a la salida de la tobera para el flujo isoentrópico? 7. Evaluación. Criterio Puntualidad Presentación Contenido Conclusiones 8. Descripción Entrega el informe en la fecha solicitada y en la plataforma de entrega correspondiente. Cumple con los parámetros establecidos para la entrega. La redacción es clara, precisa y fluida, facilitando la comprensión del contenido. Referencia correctamente el contenido. Los resultados presentados, son cónsonos a los datos captados en la experiencia. Presenta todos los procedimientos para justificar sus resultados (ecuaciones matemáticas, suposiciones etc.). Responde las preguntas correctamente. Presentan conclusiones, claras enfocadas en los resultados obtenidos de cada la experiencia. Porcentaje 10% 10% 65% 15% Bibliografía. [1] F. M. White, Mecánica de Fluidos, 5ta Edición, España: McGraw Hill, 2004. [2] Ç. Yunus y J. Cimbala, Mecánica de Fluidos (Fundamentos y Aplicaciones, Mexico: Mc Graw Hill, 2018.
