Fundamentos de mecánica de fluidos: densidad, viscosidad y principios

Densidad

Es una propiedad de todos los materiales que se define matemáticamente como el cociente entre la masa y el volumen que ella ocupa, es decir, la masa por unidad de volumen, todo ello suponiendo el material homogéneo, con lo que d = m/v

Viscosidad

Frotamiento interior entre las moléculas de un fluido. El equivalente al rozamiento entre sólidos, y representa una medida de la resistencia del fluido a su movimiento.

Índice de viscosidad

Señala la variación de la viscosidad de un líquido con los cambios de temperatura. Alto índice de viscosidad: alquitrán y bajo índice de viscosidad: agua.

Flujo laminar y turbulento

Si observamos las aguas de un canal y de un barranco vemos que en el primero las aguas discurren lentamente sin romperse su superficie, eso es lo que se llama flujo laminar. Sin embargo si observamos las aguas del barranco vemos que tropiezan continuamente cambiando de dirección y formando remolinos y espumas, se afirma entonces que su flujo es turbulento.

Teorema de Bernoulli

Se basa en el balance de energía entre dos puntos de una tubería. En el caso de una tubería desnivelada, la suma de la energía de presión y la energía cinética, es igual en dos puntos cualesquiera de la tubería. Siempre y cuando S₁L₁(V₁)= S₂L₂(V₂) -> mgh+PSL+0.5mv² = mgh+PSL+0.5mv²

En el caso de que la tubería esté horizontal h₁ = h₂ ->

P + 0.5dv² = P +0.5dv², que indica que si disminuye la velocidad debe aumentar la presión para que la igualdad se mantenga.

Ley de continuidad

Definiendo el caudal como el volumen de líquido que circula por unidad de tiempo, y teniendo en cuenta que los caudales que atraviesan cada sección han de ser iguales, Q₁= Q₂, se deduce:

S₁v₁=S₂v₂ que es la expresión matemática de la ley de continuidad: las velocidades y las secciones son inversamente proporcionales. (Si es circular....)

Principio de Pascal

La presión aplicada a un fluido confinado se transmite íntegramente en todas las direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre áreas iguales, actuando estas fuerzas normalmente a las paredes del recipiente.

P= F/S

Cavitación

Es un fenómeno que sucede en las tuberías a causa de un estrechamiento. Que la presión del líquido disminuye y se transforma en vapor, si ese vapor se transforma nuevamente en líquido produce una implosiones que erosionan la tubería.

Golpe de ariete

Es un fenómeno que se produce debido a la compresibilidad del líquido y a la elasticidad de la tubería que lo contiene. Por un lado el líquido se comprime y por otro la tubería se estira con el aumento de presión. Si la presión cesa bruscamente ambos efectos se suman como si de un muelle se tratara, lo que puede causar la rotura de la instalación.

Principales características de la bombas hidráulicas:

• Valor nominal de la presión: Es la presión de trabajo para la que está fabricada la bomba.
• Caudal: Se suele expresar en l/min
• Desplazamiento: Es el volumen del líquido bombeado en una vuelta completa.
• Rendimiento volumétrico: Lo constituyen el cociente entre el caudal real y el teórico.
• Rendimiento total: Cociente entre la potencia hidráulica que se obtiene y la potencia mecánica que consume.

Tipos de bombas hidráulicas

• Hidrodinámicas: Son bombas de tipo turbina.
• Hidrostáticas: Son las empleadas en los sistemas hidráulicos para automatización.

Ventajas e inconvenientes de la neumática y la hidráulica

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