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Caudal de gas a través de tuberías y estrangulación

Compressed Air Wiki Thermodynamics Basic Theory Physics of Air Compressors

Una rama muy interesante de la física es la termodinámica, especialmente para comprender el funcionamiento de los compresores de aire. En este artículo hablaremos sobre el flujo de gas y la estrangulación siguiendo nuestra introducción a la termodinámica.

El número de Reynolds

fórmula del número de Reynolds, cálculo

El número de Reynolds es una relación adimensional entre la inercia y el rozamiento en un medio que fluye.
Se define como:

¿Cuáles son los diferentes tipos de flujo en una tubería?

flujo de gas a través de tuberías

En principio, hay dos tipos de flujo en una tubería. Con Re < 2000, las fuerzas viscosas dominan en el medio y el flujo se vuelve laminar. Esto significa que las diferentes capas del medio se mueven unas en relación con otras en el orden correcto. La distribución de la velocidad a través de las capas laminares generalmente tiene forma parabólica.

Con Re ≥ 4000, las fuerzas de inercia dominan el comportamiento del fluido, el flujo se vuelve turbulento y hay partículas que se mueven aleatoriamente a través del flujo. La distribución de la velocidad a través de una capa con flujo turbulento se vuelve difusa.

En el área crítica, entre Re ≤ 2000 y Re ≥ 4000, las condiciones de flujo son indeterminadas y pueden ser laminares, turbulentas o una mezcla de ambas. Las condiciones se rigen por factores como la uniformidad de la superficie de la tubería o la presencia de otras alteraciones. Para iniciar un flujo en una tubería, se requiere una determinada diferencia de presión para superar la fricción en la tubería y los acoplamientos. La cantidad de presión depende del diámetro de la tubería, su longitud y su forma, así como de la suavidad de la superficie y del número de Reynolds.

¿Qué es el efecto Joule-Thomson?

Cuando un gas ideal fluye a través de un restrictor con una presión constante antes y después del mismo, su temperatura permanece teóricamente constante. Sin embargo, si se produce una caída de presión a través del restrictor es debido a que la energía interna se transforma en energía cinética. Ese es el motivo por el que la temperatura desciende. Para los gases reales, este cambio de temperatura se convierte en permanente, a pesar de que el contenido de energía del gas permanece constante. Este es el efecto Joule-Thomson. El cambio de temperatura es igual al cambio de presión a través de la estrangulación, multiplicado por el coeficiente de Joule-Thomson.


Si el medio que fluye tiene una temperatura suficientemente baja (≤+329 °C para el aire), se produce una disminución de temperatura con la estrangulación a través del restrictor, aunque si el medio de flujo está más caliente, en su lugar se produce un aumento de la temperatura. Esta condición se utiliza en varias aplicaciones técnicas como, por ejemplo, en la tecnología de refrigeración y en la separación de gases.


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