🚀 Simulador de Flujo en Tobera

Análisis de Flujo Isentrópico de CO2

Mecánica de Fluidos (Curso completo aquí)

Tema: Flujo Compresible (Lista aquí)

1. Fundamentos: Flujo Isentrópico

En mecánica de fluidos, el flujo isentrópico se define como un proceso adiabático y reversible donde la entropía permanece constante. En una tobera convergente-divergente, este modelo nos permite predecir cómo las propiedades termodinámicas (presión, temperatura y densidad) cambian a medida que el fluido se acelera desde condiciones de estancamiento hasta alcanzar velocidades supersónicas tras pasar por la garganta. A continuación se presentan los conceptos fundamentales :

2. Automatización del Perfil de Propiedades: Caso de Estudio

Para generar un perfil continuo, utilizamos Python y la librería NumPy para gestionar vectores de presión (desde 1400 hasta 200 kPa) para dióxido de carbono que fluye a través de una tobera.

El algoritmo realiza cálculos repetitivos para obtener:

Temperatura de estancamiento
Velocidad del sonido
Número de Mach
Densidad y Área de sección transversal

Ver código del simulador aquí

3. Análisis de Resultados y Perfil Gráfico

A través de Pandas, filtramos los datos para hallar el punto crítico en la garganta. Se confirma que el área mínima corresponde exactamente a un Número de Mach = 1.

El siguiente video muestra la visualización dinámica de las propiedades en cada punto de la tobera frente a la caída de presión. Se generó en Matplotlib:

Código completo del simulador aquí

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Conclusión del Módulo

A través de este simulador, hemos transformado un modelo matemático de flujo isentrópico en una herramienta computacional capaz de procesar miles de datos en segundos. La integración de Numpy para el cálculo vectorial y Pandas para el filtrado de condiciones críticas demuestra cómo la programación potencia la capacidad de análisis y toma de decisiones en problemas complejos de ingeniería.