Hidrodinamica

Hidrodinámica

Estudia los fluidos en movimientos, es decir, el flujo de los fluidos. Este estudio se realiza describiendo las propiedades de los fluidos (densidad, velocidad) en cada punto del espacio en función del tiempo.

Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes:

• Que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases.

• Se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento.

• Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

Línea de Corriente

Línea imaginaria continua, tangente en cada punto al vector velocidad de la partícula que en un instante determinado pasa por dicho punto. Las líneas de corriente son las envolventes de la velocidad de todas las partículas en un determinado instante, por lo que varían, en general, con el tiempo.

Las líneas de corriente no pueden cortarse (excepto en puntos singulares como fuentes o sumideros), pues entonces una misma partícula pertenecería a la vez a ambas y tendría dos direcciones simultáneas de movimiento.

La trayectoria tomada por una partícula de fluido bajo flujo estable se conoce como línea de corriente. La velocidad de la partícula es tangente a la línea de corriente. Dos líneas de corriente nunca se cruzan entre si, cuando ocurre produciría un flujo inestable y turbulento.

Ecuación de Continuidad

Es la ecuación de conservación de la masa.

Consideramos dos secciones s1 y s2 en una tubería por la que circula un líquido a velocidades v1 y v2, respectivamente. Si en el tramo de conducción comprendido entre ambas secciones no existen aportes ni consumos, la cantidad de líquido que atraviesa la sección s1 en la unidad de tiempo (caudal másico) debe ser igual a la que atraviesa s2:

Como m volumen s L s v t, en la unidad de tiempo:

1 2 másico 1 1 1 2 2 2 m m Q s v s v = constante

El líquido con el que trabajamos es el agua, de compresibilidad despreciable en las condiciones normales de trabajo en las redes de distribución, por lo que r1 = r2.

Entonces, 1 1 2 2 volumétrico s × v = s × v = Q = constante. El caudal volumétrico a lo largo de una conducción, sin aportes ni consumos intermedios, es constante.

De la ecuación de continuidad se deduce que las velocidades medias de un flujo líquido son inversamente proporcionales a sus respectivas secciones.

Tipos de Flujo

Flujo laminar: Ocurre cuando las moléculas de un fluido en movimiento siguen trayectorias paralelas

Flujo turbulento: Ocurre cuando las moléculas de un fluido en movimiento siguen trayectorias erráticas

Flujo compresible: Si su densidad varía con la posición al interior del fluido.

Flujo estacionario: Si la velocidad en cada punto del espacio permanece constante. Lo que no implica necesariamente que sea la misma en todos los puntos

Flujo viscoso: Aquel cuya viscosidad s apreciable.

Flujo rotacional: Aquel que presenta vórtices.

Caudal Volumétrico

Es la cantidad de fluido que atraviesa una sección de área , en un determinado tiempo (t). Se puede expresar en función del volumen (V)

Si v es la rapidez con que el líquido atraviesa la sección de área (A), el caudal será:

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