Enseñando Mecánica de Fluidos y Termodinámica Simultáneamente a través de Experimentos de Flujo en Tuberías
Autores: Pal, Rajinder
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Enseñando Mecánica de Fluidos y Termodinámica Simultáneamente a través de Experimentos de Flujo en Tuberías
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Entropía
Generación de entropía
Mecánica de fluidos
Energía mecánica
Gradiente de presión
Flujo en tuberías
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La entropía y la generación de entropía son conceptos abstractos y elusivos para los estudiantes de pregrado. En general, los estudiantes encuentran difícil visualizar la generación de entropía en procesos reales (irreversibles), especialmente a un nivel mecanicista. El laboratorio de mecánica de fluidos puede ayudar a los estudiantes a hacer que los conceptos de entropía y generación de entropía sean más tangibles. En el flujo de fluidos reales, la disipación de energía mecánica ocurre debido a la fricción en los fluidos. La disipación de energía mecánica en el flujo de tuberías se refleja en la pérdida de presión del fluido. La degradación de energía mecánica de alta calidad en calor de fricción de baja calidad (energía interna) se refleja simultáneamente en la generación de entropía. Así, los experimentos que involucran mediciones del gradiente de presión en función de la tasa de flujo en tuberías ofrecen una oportunidad para que los estudiantes visualicen y cuantifiquen la generación de entropía en procesos reales. En este artículo, se revisa brevemente el contexto en mecánica de fluidos y termodinámica relevante para los conceptos de disipación de energía mecánica, entropía y generación de entropía. Se demuestra tanto teóricamente como experimentalmente el vínculo entre la generación de entropía y la disipación de energía mecánica en experimentos de flujo en tuberías. La tasa de generación de entropía en el flujo de tuberías de fluidos newtonianos se cuantifica a través de mediciones del gradiente de presión en función de la tasa de flujo para varios fluidos de prueba. Se discuten los factores que afectan la tasa de generación de entropía en flujos de tuberías.
Descripción
La entropía y la generación de entropía son conceptos abstractos y elusivos para los estudiantes de pregrado. En general, los estudiantes encuentran difícil visualizar la generación de entropía en procesos reales (irreversibles), especialmente a un nivel mecanicista. El laboratorio de mecánica de fluidos puede ayudar a los estudiantes a hacer que los conceptos de entropía y generación de entropía sean más tangibles. En el flujo de fluidos reales, la disipación de energía mecánica ocurre debido a la fricción en los fluidos. La disipación de energía mecánica en el flujo de tuberías se refleja en la pérdida de presión del fluido. La degradación de energía mecánica de alta calidad en calor de fricción de baja calidad (energía interna) se refleja simultáneamente en la generación de entropía. Así, los experimentos que involucran mediciones del gradiente de presión en función de la tasa de flujo en tuberías ofrecen una oportunidad para que los estudiantes visualicen y cuantifiquen la generación de entropía en procesos reales. En este artículo, se revisa brevemente el contexto en mecánica de fluidos y termodinámica relevante para los conceptos de disipación de energía mecánica, entropía y generación de entropía. Se demuestra tanto teóricamente como experimentalmente el vínculo entre la generación de entropía y la disipación de energía mecánica en experimentos de flujo en tuberías. La tasa de generación de entropía en el flujo de tuberías de fluidos newtonianos se cuantifica a través de mediciones del gradiente de presión en función de la tasa de flujo para varios fluidos de prueba. Se discuten los factores que afectan la tasa de generación de entropía en flujos de tuberías.