Conceptos Esenciales de Hidrostática e Hidrodinámica: Arquímedes, Bernoulli y Flujo de Fluidos

Principios Fundamentales de la Hidrostática e Hidrodinámica

Principios Clave

Principio de Arquímedes

El Principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que:

• Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático (e incompresible) será empujado con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto.
• Es decir, todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado.

Principio de Bernoulli

El Principio de Bernoulli es un caso particular de la ley de conservación de la energía. Sostiene que en un fluido, la suma de la presión, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, se mantiene constante a lo largo de una línea de corriente.

Teorema de Torricelli

El Teorema de Torricelli es una aplicación del teorema de Bernoulli que se utiliza cuando se desea conocer la velocidad de salida de un líquido a través de un orificio en un recipiente. Aplicando la ecuación del teorema de Bernoulli para un punto ubicado sobre la superficie libre del líquido y para otro punto localizado en el orificio de salida, se puede determinar dicha velocidad.

Conceptos de Hidrodinámica

Hidrodinámica

La hidrodinámica es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento.

Gasto (Caudal o Flujo de Volumen)

El gasto, también llamado caudal o flujo de volumen, se define como:

• La cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo.
• La relación existente entre el volumen de líquido que fluye por un conducto y el tiempo que tarda en fluir.
• Se obtiene multiplicando el área del conducto por la velocidad del fluido (Q = Av).

Flujo (Flujo Másico)

El flujo (en este contexto, refiriéndose al flujo másico) se define como la cantidad de masa del líquido que fluye a través de una tubería en un segundo.

Ecuación de Continuidad

La ecuación de continuidad describe la relación entre la velocidad de un fluido y el área que este atraviesa cuando el caudal se mantiene constante. Para dos puntos (1 y 2) se escribe: A₁v₁ = A₂v₂.

Tipos de Flujo

• Flujo laminar: Es cuando las moléculas de un fluido en movimiento siguen trayectorias paralelas.
• Flujo turbulento: Es cuando las moléculas de un fluido en movimiento se cruzan entre ellas, generando turbulencias e inestabilidad.

Propiedades y Medidas de Fluidos

Fluido Incompresible

Un fluido incompresible es aquel que no se comprime al aplicarle una presión.

Líneas de Corriente

Las líneas de corriente son una representación gráfica del movimiento de un fluido y representan la trayectoria que seguiría una partícula inmersa en él.

Presión

• Presión estática: Es la presión debida a la columna de fluido que se encuentra sobre determinado punto. Su expresión matemática es p = ρgh (donde ρ es la densidad, g la gravedad y h la altura).
• Presión dinámica: Es la presión que ejerce un fluido en movimiento sobre las paredes del recipiente que lo contiene. Su expresión matemática es p = ½ ρv² (donde ρ es la densidad y v la velocidad).

Viscosidad

La viscosidad es el roce producido entre las capas de un fluido por moverse unas respecto a otras.