Temperatura de estancamiento

En termodinámica y mecánica de fluidos , la temperatura de estancamiento es la temperatura en un punto de estancamiento en un flujo de fluido. En un punto de estancamiento, la velocidad del fluido es cero y toda la energía cinética se ha convertido en energía interna y se agrega a la entalpía estática local . En el flujo de fluidos compresibles e incompresibles , la temperatura de estancamiento es igual a la temperatura total en todos los puntos de la línea de corriente que conduce al punto de estancamiento. ^[1] Véase dinámica de gases .

La temperatura de estancamiento se puede derivar de la primera ley de la termodinámica . Aplicando la ecuación de energía de flujo estacionario ^[2] e ignorando los términos de trabajo, calor y energía potencial gravitatoria, tenemos:

${\displaystyle h_{0}=h+{\frac {V^{2}}{2}}\,}$

dónde:

${\displaystyle h_{0}=\,}$entalpía de estancamiento específica de masa (o total) en un punto de estancamiento

${\estilo de visualización h=\,}$Entalpía estática específica de la masa en el punto de interés a lo largo de la línea de corriente de estancamiento.

${\estilo de visualización V=\,}$Velocidad en el punto de interés a lo largo de la línea de corriente de estancamiento.

Sustituyendo la entalpía asumiendo una capacidad calorífica específica constante a presión constante ( ) tenemos: $estilo de visualización h=C_{p}T$

${\displaystyle T_{0}=T+{\frac {V^{2}}{2C_{p}}}\,}$

o

${\displaystyle {\frac {T_{0}}{T}}=1+{\frac {\gamma -1}{2}}M^{2}\,}$

dónde:

${\displaystyle C_{p}=\,}$ capacidad calorífica específica a presión constante

${\displaystyle T_{0}=\,}$temperatura de estancamiento (o total) en un punto de estancamiento

${\estilo de visualización T=\,}$Temperatura (o temperatura estática) en el punto de interés a lo largo de la línea de corriente de estancamiento.

${\estilo de visualización V=\,}$Velocidad en el punto de interés a lo largo de la línea de corriente de estancamiento.

${\estilo de visualización M=\,}$Número de Mach en el punto de interés a lo largo de la línea de corriente de estancamiento

${\displaystyle \gamma =\,}$ Relación de calores específicos ( ), ~1,4 para el aire a ~300 K$Estilo de visualización C_{p}/C_{v}}$

${\displaystyle h_{02}=h_{01}+q}$

${\displaystyle T_{02}=T_{01}+{\frac {q}{C_{p}}}}$

q = Calor por unidad de masa añadida al sistema

En sentido estricto, la entalpía es una función tanto de la temperatura como de la densidad. Sin embargo, si se invoca el supuesto común de un gas calóricamente perfecto, la entalpía se puede convertir directamente en temperatura, como se indicó anteriormente, lo que permite definir una temperatura de estancamiento en términos de la propiedad más fundamental, la entalpía de estancamiento.

Las propiedades de estancamiento (por ejemplo, temperatura de estancamiento, presión de estancamiento) son útiles en los cálculos de rendimiento de los motores a reacción . En las operaciones de los motores, la temperatura de estancamiento a menudo se denomina temperatura total del aire . Con frecuencia se utiliza un termopar bimetálico para medir la temperatura de estancamiento, pero se deben tener en cuenta los márgenes de radiación térmica.

Las pruebas de rendimiento de los colectores solares térmicos utilizan el término temperatura de estancamiento para indicar la temperatura máxima alcanzable del colector con un fluido estancado (sin movimiento), una temperatura ambiente de 30 °C y una radiación solar incidente de 1000 W/m ² . Las cifras mencionadas anteriormente son "valores del peor escenario posible" que permiten a los diseñadores de colectores planificar posibles escenarios de sobrecalentamiento en caso de mal funcionamiento del sistema colector. ^[3]

• Punto de estancamiento
• Presión de estancamiento
• Temperatura total del aire

• Van Wylen, GJ, y Sonntag, RE (1965), Fundamentos de la termodinámica clásica , John Wiley & Sons, Inc., Nueva York