¿Qué es la calculadora de flujo isentrópico?
Esta herramienta calcula las relaciones entre las propiedades de estancamiento (totales) y estáticas de un gas compresible que experimenta un flujo isentrópico (reversible y adiabático). A partir del número de Mach local M y la razón de calores específicos del gas γ, devuelve la relación de temperaturas T₀/T, la relación de presiones P₀/P y la relación de densidades ρ₀/ρ, junto con sus inversas. Estas relaciones son fundamentales en aerodinámica, en el diseño de toberas y difusores, y en la dinámica de gases.
Cómo utilizarla
Introduce el número de Mach (la relación entre la velocidad del flujo y la velocidad local del sonido) y la razón de calores específicos del gas. Utiliza γ = 1,4 para el aire y los gases diatómicos a temperaturas moderadas, γ ≈ 1,667 para gases monoatómicos (helio, argón) y γ ≈ 1,3 para productos de combustión. Pulsa calcular para obtener todas las relaciones de propiedades.
La fórmula explicada
La ecuación de la energía para un flujo adiabático da $$\frac{T_0}{T} = 1 + \frac{\gamma - 1}{2}\,M^{2}$$ Como el flujo también es isentrópico, la presión y la densidad siguen las relaciones politrópicas \(\frac{P_0}{P} = \left(\frac{T_0}{T}\right)^{\frac{\gamma}{\gamma - 1}}\) y \(\frac{\rho_0}{\rho} = \left(\frac{T_0}{T}\right)^{\frac{1}{\gamma - 1}}\). Las propiedades de estancamiento son los valores que alcanzaría el flujo si se llevara isentrópicamente al reposo.
Ejemplo resuelto
Para M = 2 y γ = 1,4: $$\frac{T_0}{T} = 1 + 0{,}2\cdot 4 = 1{,}8$$ Entonces \(\frac{P_0}{P} = 1{,}8^{3{,}5} \approx 7{,}824\) y \(\frac{\rho_0}{\rho} = 1{,}8^{2{,}5} \approx 4{,}347\). Así, un flujo a Mach 2 tiene una presión de estancamiento unas 7,8 veces mayor que su presión estática.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la presión de «estancamiento»? Es la presión que tendría el gas si se desacelerara isentrópicamente hasta velocidad nula; se mide, por ejemplo, con un tubo de Pitot.
¿Funciona por encima de Mach 1? Sí, las relaciones isentrópicas son válidas tanto en flujo subsónico como supersónico, pero no a través de una onda de choque, que es un proceso no isentrópico.
¿Por qué importa γ? El valor de γ determina cómo se reparte la energía entre el movimiento de traslación y los modos internos, lo que escala directamente la rapidez con que crecen la densidad y la presión al aumentar el número de Mach.
