Flujo ahogado
El flujo estrangulado es un efecto de flujo compresible. El parámetro que se vuelve "ahogado" o "limitado" es la velocidad del fluido.
El flujo obstruido es una condición de dinámica de fluidos asociada con el efecto venturi . Cuando un fluido que fluye a una presión y temperatura determinadas pasa a través de una constricción (como la garganta de una boquilla convergente-divergente o una válvula en una tubería ) hacia un entorno de menor presión, la velocidad del fluido aumenta. En condiciones inicialmente subsónicas aguas arriba, la conservación del principio de masa requiere la velocidad del fluidoaumentar a medida que fluye a través del área de sección transversal más pequeña de la constricción. Al mismo tiempo, el efecto venturi hace que la presión estática, y por lo tanto la densidad, disminuya en la constricción. El flujo estrangulado es una condición limitante en la que el flujo másico no aumentará con una disminución adicional en el entorno de presión aguas abajo para una presión y temperatura aguas arriba fijas.
Para fluidos homogéneos, el punto físico en el que ocurre el estrangulamiento en condiciones adiabáticas es cuando la velocidad del plano de salida está en condiciones sónicas ; es decir, a un número de Mach de 1. [1] [2] [3] En flujo estrangulado, el caudal másico puede aumentarse sólo aumentando la densidad aguas arriba y en el punto de estrangulamiento.
El flujo estrangulado de gases es útil en muchas aplicaciones de ingeniería porque el caudal másico es independiente de la presión aguas abajo y depende solo de la temperatura y la presión y, por lo tanto, de la densidad del gas en el lado aguas arriba de la restricción. En condiciones de estrangulamiento, se pueden utilizar válvulas y placas de orificio calibradas para producir un caudal másico deseado.
Si el fluido es un líquido, se produce un tipo diferente de condición de limitación (también conocida como flujo ahogado) cuando el efecto venturi que actúa sobre el flujo de líquido a través de la restricción provoca una disminución de la presión del líquido más allá de la restricción por debajo de la del vapor del líquido. presión a la temperatura del líquido predominante. En ese punto, el líquido parcialmente parpadeará en burbujas de vapor y el posterior colapso de las burbujas provoca cavitación . La cavitación es bastante ruidosa y puede ser lo suficientemente violenta como para dañar físicamente válvulas, tuberías y equipos asociados. En efecto, la formación de burbujas de vapor en la restricción evita que el flujo aumente más. [4] [5]
Todos los gases fluyen desde fuentes de presión más alta aguas arriba hacia fuentes de presión más baja aguas abajo. Hay varias situaciones en las que se produce un flujo obstruido, como el cambio de sección transversal en una boquilla de Laval o el flujo a través de una placa de orificio.. Aquí, la parte más importante es dónde calcular la velocidad de estrangulamiento: aguas arriba o aguas abajo de una boquilla u orificio. La velocidad de estrangulamiento siempre se observa aguas arriba de un orificio o boquilla y esta velocidad suele ser menor que la velocidad del sonido en el aire. Otro aspecto importante es que esta es la velocidad real del fluido corriente arriba. Por lo tanto, el caudal volumétrico real corriente arriba, cuando se expande a la presión corriente abajo, dará como resultado un flujo volumétrico más real para la condición corriente abajo. Por lo tanto, la tasa de fuga general cuando se mide en condiciones aguas abajo debe tener en cuenta este hecho. Cuando esta velocidad estrangulada ha alcanzado el caudal másico de aguas arriba a aguas abajo, aún se puede aumentar si se aumenta la presión aguas arriba. Sin embargo,este valor de la velocidad de estrangulamiento mantendrá el caudal volumétrico real (caudal de gas real y, por lo tanto, la velocidad) igual independientemente de la presión aguas abajo, siempre que prevalezcan las condiciones de flujo de estrangulamiento.
