Sumario: Concepto de hidrodinámica. La circulación de fluidos. Principio de conservación de masa. Ley de conservación de la energía. Principio de la cantidad de movimiento. Tipos de fluidos. Caudal. Caudal de una instalación y ecuación de continuidad. La energía del fluido y la ecuación de Bernoulli. Ecuación de la energía.
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Hidrodinámica
Hidrodinámica es la parte de la física que estudia los fluidos en movimiento.
Si el fluido circula poco a poco no se ve prácticamente su movimiento, en estos casos se dice que el fluido tiene un movimiento laminar.
Si el fluido circula deprisa, se aprecia su movimiento por los remolinos y cambios de dirección, en estos casos se dice que el fluido tiene un movimiento turbulento.
En las conducciones se considerará que el movimiento es siempre turbulento, además la circulación de líquido por las conducciones se puede considerar libre o forzada.
Una circulación libre será cuando el líquido se mueve por su propio peso.
Una circulación forzada será cuando se hace subir el líquido unos metros de altura.
En el caso de Bomberos la circulación del agua por las mangueras será prácticamente forzada.
La velocidad del agua en las conducciones es medida en mt/seg.
En la práctica no es recomendable que el agua circule por las mangueras a una velocidad superior a 2,5 m/seg. Si se circula a velocidades superiores se pueden presentar pérdidas de rendimiento importantes.
Circulación de fluidos
Los principios fundamentales que rigen el comportamiento del flujo de un fluido son:
- Principio de conservación de masa, del que se deduce la Ecuación de la continuidad.
- Ley de conservación de la energía, de la que se obtiene la ecuación de Bernoulli.
- Principio de la cantidad de movimiento, del que se deducen las ecuaciones para calcular las fuerzas dinámicas ejercidas por un fluido en movimiento.
Tipos de fluidos
Según su variación de densidad pueden ser:
- Flujo incompresible: es aquel que su densidad permanece constante (agua).
- Flujo compresible: es aquel que su densidad puede variar (aire).
Según la variación de su velocidad pueden ser:
- Flujo permanente: Las condiciones de velocidad en cualquier punto de la instalación no varían con el tiempo.
- Flujo no permanente: No mantiene constantes sus principales características respecto al tiempo, especialmente la velocidad.
Según su viscosidad pueden ser:
- Viscosos: Su viscosidad no es despreciable, afectando al comportamiento del fluido.
- No viscosos: Su viscosidad es nula o despreciable, circulando por la conducción sin rozamiento.
Según el número de Reynols:
- Flujo laminar: Número de Reynols inferior a 2.000.
- Flujo turbulento: Número de Reynols superior a 4.000.
- Régimen de transición: Número de Reynols entre 2.000 y 4.000.
CAUDAL
El caudal es la cantidad de agua que pasa por la sección de un conducto en la unidad de tiempo.
El caudal que circula por un conducto está relacionado con la velocidad que tiene el agua en el conducto y con la sección del conducto, es decir, el caudal depende de la velocidad y de la sección.
Esta dependencia expresada matemáticamente por líquido incomprensible es la siguiente:
Q = V . S
Donde: Q=es caudal. V=velocidad del fluido. S=sección del conducto.
Para que esta formula sea homogénea se han de poner estos diferentes elementos en las unidades correspondientes.
- Por ejemplo si se quiere obtener el caudal Q en M³/min. Se ha de poner la velocidad en metros/min. y la sección en decímetros cuadrados.
Hay que tener en cuenta que para una manguera que tiene el doble de diámetro que otra, pasa cuatro veces más de caudal y si el diámetro es tres veces mías grande, pasa nueve veces más caudal, etc..
Caudal de una instalación y ecuación de continuidad
Caudal es la cantidad de líquido que pasa por una sección transversal de una conducción por unidad de tiempo.
V
Q = ―
t
siendo Q en m³/s, aunque para los cálculos en bomberos se usan L/min.
La Ecuación de la continuidad nos dice que para que el caudal se mantenga contante, el fluido que traviesa una instalación deberá de circular a mayor velocidad por tramos con secciones de manguera menores. Así:
d
Como t = ―
v
siendo t=tiempo d=distancia v=velocidad
Si lo sustituimos en la ecuación del caudal tenemos:
V · v
Q = ⸺
d
Así como el:
V= S·d
siendo V=volumen S=superficie d=distancia
Si sustituimos en la ecuación del caudal tenemos:
Q = S · v
De esta forma como:
D²
S = π ―
4
tenemos que:
D²
Q = π ― v
4
Esto que nos indica que:
• El caudal es directamente proporcional a la velocidad del fluido (si duplicamos la velocidad, también duplicamos el caudal).
• El caudal es directamente proporcional al cuadrado del diámetro de la conducción (si duplicamos el diámetro de la conducción cuadruplicamos el caudal).
La energía del fluido y la ecuación de Bernoulli
Incluido en tema pdf para alumnos inscritos en el curso de hidráulica básica.
Ecuación de la energía
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