Nociones básicas de hidrostática e hidráulica
Fluidos · Presión · Caudal · Venturi · Pérdida de carga · Golpe de ariete
Índice de contenido:
- Los fluidos y vasos comunicantes
- Presión: tipos, unidades y medida
- Caudal o gasto y caudal nominal de bomba
- Movimiento de líquidos por tuberías
- Pérdidas de carga, Venturi y golpe de ariete
- Altura de aspiración y cebado
1. Los fluidos
Líquido: todo fluido cuyo volumen adopta la forma del recipiente que lo contiene (volumen constante, forma variable).
- Cuando un líquido ocupa un gran recipiente, su superficie libre aparece plana y horizontal.
- Teoría de los vasos comunicantes: si un líquido ocupa varios recipientes comunicados entre sí, en todos ellos alcanzará la misma altura o nivel, independientemente de su forma.
Los líquidos y los gases reciben la denominación de fluidos, porque presentan propiedades semejantes derivadas del comportamiento de sus moléculas, cuya movilidad hace que tomen la forma del recipiente y fluyan por los orificios.
- Los líquidos tienen volumen constante.
- Los gases tienen volumen variable.
2. Presión
Presión: es la fuerza ejercida por un peso sobre una superficie determinada:
Presión = Peso en kg / Superficie en cm²
El efecto de una fuerza sobre una superficie depende del área. En los líquidos y gases la presión se transmite por igual en todas direcciones.
Atmósfera: masa de aire que rodea la Tierra y ejerce presión sobre los cuerpos.
Presión atmosférica: fuerza por unidad de superficie ejercida por la atmósfera. Al nivel del mar equivale a 760 mm de Hg, 10 m.c.a. o 1 bar.
Unidades y aparatos de medida
Para medir la presión se utilizan manómetros:
- Atmósfera técnica: 1 kg/cm²
- Atmósfera física: 1,033 kg/cm²
- Bar: 1,02 kg/cm²
- Vacuómetros: para presiones inferiores a la atmosférica.
Tipos de presión
- Presión hidrostática: la que se ejerce en un punto de un líquido por su propio peso.
- Presión estática: fuerza por superficie. En un recipiente de base A y altura H, p = ρ·g·H.
- Presiones manométricas: debidas únicamente al líquido.
- Presión absoluta: manométrica + atmosférica.
- Altura manométrica: distancia vertical h entre un punto del líquido y la superficie libre. No depende de la forma del recipiente.
- Presión y altura negativas: solo posibles en manométricas, nunca en absolutas (el cero es el vacío). Es negativa cuando es menor que la atmosférica. Se mide en m.c.a. o mmHg. Unidad SI: Pascal.
Bernoulli: en flujo horizontal, a mayor velocidad menor presión.
Cavitación: formación de burbujas de vapor por velocidad alta y presión baja, que al colapsar generan sobrepresiones puntuales.
3. Caudal o gasto
Caudal o gasto de un orificio o tubería: cantidad de líquido que circula por unidad de tiempo.
Q = S · V (Sección × Velocidad)
Donde: Q = Caudal (L/min o m³/h) | S = Sección de la manguera | V = Velocidad del agua
Se mide en m³/min, m³/h o L/s, L/min, L/h. 1 m³/min = 1.000 L/min = 60 m³/h.
Caudal en m³/h, normalmente múltiplo de 30, que puede dar a una presión mínima de 10 atm en el colector de impulsión, con 6 m de altura geométrica de aspiración, mangote de aspiración y filtro colador.
4. Movimiento de los líquidos por tuberías
Principio de Pascal: en sistemas hidráulicos, la presión aplicada a un líquido se transmite con la misma intensidad a cualquier punto del líquido.
Para una presión dada, el caudal sin derivaciones es el mismo en toda la longitud. De Q = S × V se deduce que en estrechamientos la velocidad aumenta: a mitad de sección, doble velocidad.
En una tubería horizontal con estrechamiento, con tubos verticales que actúan de manómetros, el tubo en la zona estrecha marca menor altura por menor presión.
Pérdidas de carga
En su recorrido los líquidos sufren rozamientos en pared y pérdidas en válvulas, codos, llaves y cambios de sección. Esas pérdidas de presión, que varían en el mismo sentido que el caudal, se llaman pérdidas de carga.
- Golpe de ariete: sobrepresión por variación brusca del caudal.
- Cebado de bomba: llenar de agua el cuerpo de bomba y mangote eliminando el aire.
Alturas de aspiración
El agua en la aspiración está sometida a la depresión de la bomba y a la presión atmosférica sobre la superficie libre, equivalente a 10 m.c.a.
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