¿Qué es el flujo de aire y cuáles son los conceptos básicos asociados con él?

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. Última modificación: 2024-02-12 06:02

Al considerar el aire como una combinación de un gran número de moléculas, se le puede llamar un medio continuo. En él, las partículas individuales pueden entrar en contacto entre sí. Esta representación permite simplificar significativamente los métodos de estudio del aire. En aerodinámica, existe la reversibilidad del movimiento, que se usa ampliamente en el campo de experimentos para túneles de viento y en estudios teóricos que utilizan el concepto de flujo de aire.

Importante concepto de aerodinámica

Según el principio de reversibilidad del movimiento, en lugar de considerar el movimiento de un cuerpo en un medio estacionario, podemos considerar el curso del medio en relación con un cuerpo inmóvil.

La velocidad del flujo imperturbable incidente en movimiento inverso es igual a la velocidad del propio cuerpo en aire en calma.

Para un cuerpo que se mueve en aire quieto, las fuerzas aerodinámicas serán las mismas que para uno estacionario(estático) cuerpo sujeto a flujo de aire. Esta regla funciona siempre que la velocidad del cuerpo en relación con el aire sea la misma.

Qué es el flujo de aire y cuáles son sus conceptos básicos

Existen diferentes métodos para estudiar el movimiento de partículas gaseosas o líquidas. En uno de ellos se investigan las líneas de corriente. Con este método, el movimiento de partículas individuales debe ser considerado en un punto dado en el tiempo en un cierto punto en el espacio. El movimiento dirigido de partículas que se mueven aleatoriamente es un flujo de aire (un concepto muy utilizado en aerodinámica).

Se considerará estacionario el movimiento del flujo de aire si en cualquier punto del espacio que ocupa, la densidad, la presión, la dirección y la magnitud de su velocidad permanecen invariables en el tiempo. Si estos parámetros cambian, el movimiento se considera inestable.

La línea de corriente se define de la siguiente manera: la tangente en cada punto coincide con el vector velocidad en el mismo punto. La totalidad de tales líneas de corriente forma un chorro elemental. Está encerrado en un tubo. Cada goteo individual se puede aislar y presentar como si fluyera aislado de la masa de aire total.

Cuando la corriente de aire se divide en corrientes, puedes visualizar su flujo complejo en el espacio. Las leyes básicas del movimiento se pueden aplicar a cada jet individual. Se trata de la conservación de la masa y la energía. Usando las ecuaciones de estas leyes, se puede realizar un análisis físico de las interacciones del aire y un cuerpo sólido.

Velocidad y tipo de movimiento

Respecto a la naturaleza del flujo, el flujo de aire es turbulento y laminar. Cuando las corrientes de aire se mueven en la misma dirección y son paralelas entre sí, se trata de un flujo laminar. Si la velocidad de las partículas de aire aumenta, entonces comienzan a tener, además de la traslación, otras velocidades que cambian rápidamente. Se forma un flujo de partículas perpendicular a la dirección del movimiento de traslación. Este es el flujo caótico - turbulento.

La fórmula para medir el flujo de aire incluye la presión, que se determina de muchas maneras.

La velocidad de un flujo incompresible se determina utilizando la dependencia de la diferencia entre la presión total y estática en relación con la densidad de la masa de aire (ecuación de Bernoulli): v=√2(p ₀-p)/p

Esta fórmula funciona para caudales de hasta 70 m/s.

La densidad del aire está determinada por el nomograma de presión y temperatura.

La presión generalmente se mide con un manómetro líquido.

La tasa de flujo de aire no será constante a lo largo de la tubería. Si la presión disminuye y el volumen de aire aumenta, entonces aumenta constantemente, lo que contribuye a un aumento en la velocidad de las partículas del material. Si la velocidad del flujo es superior a 5 m/s, es posible que se produzca un ruido adicional en las válvulas, los codos rectangulares y las rejillas del dispositivo por el que pasa.

Indicador de energía

La fórmula por la que se determina el podercaudal de aire (libre), es el siguiente: N=0,5SrV³ (W). En esta expresión, N es la potencia, r es la densidad del aire, S es el área de la rueda de viento afectada por el caudal (m²) y V es la velocidad del viento (m/s).

A partir de la fórmula, se puede ver que la potencia de salida aumenta en proporción a la tercera potencia del caudal de aire. Entonces, cuando la velocidad aumenta 2 veces, la potencia aumenta 8 veces. Por lo tanto, a caudales bajos habrá una pequeña cantidad de energía.

Toda la energía del flujo que crea, por ejemplo, el viento, no se puede extraer. El hecho es que el paso a través de la rueda de viento entre las palas no se ve obstaculizado.

El flujo de aire, como cualquier cuerpo en movimiento, tiene la energía del movimiento. Tiene una cierta cantidad de energía cinética que, al transformarse, se convierte en energía mecánica.

Factores que afectan el volumen del flujo de aire

La cantidad máxima de aire que puede haber depende de muchos factores. Estos son los parámetros del dispositivo en sí y del espacio circundante. Por ejemplo, si estamos hablando de un acondicionador de aire, el flujo máximo de aire enfriado por el equipo en un minuto depende significativamente del tamaño de la habitación y las características técnicas del dispositivo. Con grandes áreas, todo es diferente. Para que se enfríen, se necesitan flujos de aire más intensos.

En los ventiladores es importante el diámetro, la velocidad de rotación y el tamaño de las aspas, la velocidad de rotación, el material utilizado en su fabricación.

BEn la naturaleza, observamos fenómenos como tornados, tifones y tornados. Todos estos son movimientos de aire, que se sabe que contiene moléculas de nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, así como agua, hidrógeno y otros gases. Estos también son flujos de aire que obedecen las leyes de la aerodinámica. Por ejemplo, cuando se forma un vórtice, escuchamos los sonidos de un motor a reacción.