Presión de estancamiento

¿Qué tan "pesado" es un fluido cuando su velocidad es cero?

En dinámica de fluidos , la presión de estancamiento es la presión estática en un punto de estancamiento en un flujo de fluido. ^[1] En un punto de estancamiento la velocidad del fluido es cero. En un flujo incompresible, la presión de estancamiento es igual a la suma de la presión estática de corriente libre y la presión dinámica de corriente libre . ^[2]

La presión de estancamiento a veces se denomina presión de Pitot porque las dos presiones son numéricamente iguales.

Magnitud

La magnitud de la presión de estancamiento se puede derivar de la ecuación de Bernoulli ^{[3] [1]} para flujo incompresible y sin cambios de altura. Para dos puntos cualesquiera 1 y 2:

${\displaystyle P_{1}+{\tfrac {1}{2}}\rho v_{1}^{2}=P_{2}+{\tfrac {1}{2}}\rho v_{2}^{2}}$

Los dos puntos de interés son 1) en el flujo libre a velocidad relativa donde la presión se llama presión "estática" (por ejemplo, muy lejos de un avión que se mueve a gran velocidad ); y 2) en un punto de "estancamiento" donde el fluido está en reposo con respecto al aparato de medición (por ejemplo en el extremo de un tubo pitot en un avión). ${\displaystyle v}$ ${\displaystyle v}$

Entonces

${\displaystyle P_{\text{static}}+{\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}=P_{\text{stagnation}}+{\tfrac {1}{2}}\rho (0)^{2}}$

o ^[4]

${\displaystyle P_{\text{stagnation}}=P_{\text{static}}+{\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}}$

dónde:

${\displaystyle P_{\text{stagnation}}}$es la presión de estancamiento

${\displaystyle \rho \;}$es la densidad del fluido

${\displaystyle v}$es la velocidad del fluido

${\displaystyle P_{\text{static}}}$es la presión estática

Entonces, la presión de estancamiento aumenta sobre la presión estática, en la cantidad que se llama presión "dinámica" o "ram" porque resulta del movimiento del fluido. En nuestro ejemplo de avión, la presión de estancamiento sería la presión atmosférica más la presión dinámica. ${\displaystyle {\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}}$

Sin embargo, en el flujo compresible , la densidad del fluido es mayor en el punto de estancamiento que en el punto estático. Por lo tanto, no se puede utilizar para la presión dinámica. Para muchos propósitos en el flujo compresible, la entalpía de estancamiento o la temperatura de estancamiento juega un papel similar a la presión de estancamiento en el flujo incompresible. ^[5] ${\displaystyle {\tfrac {1}{2}}\rho v^{2}}$

Flujo compresible

La presión de estancamiento es la presión estática que retiene un gas cuando se lo deja en reposo isentrópicamente desde el número de Mach M. ^[6]

${\displaystyle {\frac {p_{t}}{p}}=\left(1+{\frac {\gamma -1}{2}}M^{2}\right)^{\frac {\gamma }{\gamma -1}}\,}$

o, suponiendo un proceso isentrópico , la presión de estancamiento se puede calcular a partir de la relación entre la temperatura de estancamiento y la temperatura estática:

${\displaystyle {\frac {p_{t}}{p}}=\left({\frac {T_{t}}{T}}\right)^{\frac {\gamma }{\gamma -1}}\,}$

dónde:

${\displaystyle p_{t}}$es la presión de estancamiento

${\displaystyle p}$es la presión estática

${\displaystyle T_{t}}$es la temperatura de estancamiento

${\displaystyle T}$es la temperatura estática

${\displaystyle \gamma }$es la relación de calores específicos

La derivación anterior es válida sólo para el caso en el que se supone que el gas es caloríficamente perfecto (se supone que los calores específicos y la relación de los calores específicos son constantes con la temperatura). ${\displaystyle \gamma }$

Ver también

• Ariete hidráulico
• Temperatura de estancamiento

Notas

1. Clancy, LJ, Aerodinámica , Sección 3.5
2. Presión de estancamiento en el mundo de la física de Eric Weisstein (Wolfram Research)
3. Ecuación 4, Ecuación de Bernoulli: la caja de herramientas de ingeniería
4. Houghton, EL y Carpenter PW Aerodynamics (2003), Sección 2.3.1
5. Clancy, LJ Aerodinámica , Sección 3.12
6. Ecuaciones 35,44, ecuaciones, tablas y gráficos para flujo compresible

Referencias

• LJ Clancy (1975), Aerodinámica , Pitman Publishing Limited, Londres. ISBN  0-273-01120-0
• Cengel, Boles, "Termodinámica, un enfoque de ingeniería, McGraw Hill, ISBN 0-07-254904-1 

enlaces externos

• Estática de Pitot y la atmósfera estándar
• FL Thompson (1937) La medición de la velocidad del aire en aviones, nota técnica n.° 616 de NACA, de SpaceAge Control .