Hidrodinamica

HIDRODINAMICA
¿Qué es?
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 parafluir 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.
La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.Daniel Bernoulli fue uno de los primeros matemáticos que realizó estudios de hidrodinámica.

Principios de Bernoulli
El principio de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoriapor unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito. Su expresión matemática es:

donde  es la presión hidrostática,  la densidad,  la aceleración de la gravedad,  la altura del punto y  la velocidad del fluido en ese punto. Los subíndices 1 y 2 se refieren a los dos puntos del circuito.
Laotra ecuación que cumplen los fluidos no compresibles es la ecuación de continuidad, que establece que el caudal es constante a lo largo de todo el circuito hidráulico:

donde  es el área de la sección del conducto por donde circula el fluido y  su velocidad media.

Fluidos Comprensibles

En el caso de fluidos compresibles, donde la ecuación de Bernouilli no es válida, es necesario utilizarla formulación más completa deNavier y Stokes. Estas ecuaciones son la expresión matemática de la conservación de masa y de cantidad de movimiento. Para fluidos compresibles pero no viscosos, también llamados fluidos coloidales, se reducen a las ecuaciones de Euler.

Características y leyes Generales

La hidrodinámica o fluidos en movimientos presenta varias características que pueden serdescritas por ecuaciones matemáticas muy sencillas. Entre ellas:
Ley de Torricelli: si en un recipiente que no está tapado se encuentra un fluido y se le abre al recipiente un orificio la velocidad con que caerá ese fluido será:

La otra ecuación matemática que describe a los fluidos en movimiento es el número de Reynolds:

donde d es la densidad v la velocidad D es el diámetro del cilindro y nes la viscosidad dinámica.

CAUDAL ( Q )

El caudal o gasto es una de las magnitudes principales en el estudio de la hidrodinámica. Se define como el volumen de líquido  que fluye por unidad de tiempo. Sus unidades en el Sistema Internacional son los m3/s y su expresión matemática:

Esta fórmula nos permite saber la cantidad de líquido que pasa por un conducto en cierto intervalo de tiempo odeterminar el tiempo que tardará en pasar cierta cantidad de líquido.

Para la física la palabra caudal ( Q ) significa la cantidad de líquido que pasa en un cierto tiempo. Concretamente, el caudal sería el volumen de líquido que circula dividido el tiempo.

El caudal se mide unidades de volumen dividido unidades de tiempo. Generalmente se usan m3/seg o litro/seg. A veces también se usakg/seg. Estas no son las únicas unidades que se usan. Que no te extrañe si en un problema te aparece un caudal en cm3/seg, dm3/seg o en litros/hora.

Nota: La unidad kilogramos/hora o kg/seg es lo que se llama " caudal másico ". Vendría a ser la cantidad de masa que pasa en un cierto tiempo. A veces te pueden dar como dato el caudal másico. ( O te pueden pedir que lo calcules ). Sabiendo el...