historia

Manual para el diseño de una red hidráulica de climatización

TEMA 3: FUNDAMENTOS DE MECÁNICA DE FLUIDOS

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E

n un sentido estricto, se puede considerar un fluido como un conjunto de moléculas
distribuidas al azar, que se mantienen unidas a través de fuerzas internas relativamente
débiles. La rama de la física que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de fluidos,

lacual a su vez tiene dos vertientes, la hidrostática, que orienta su atención a los fluidos en reposo, y la
hidrodinámica, la cual envuelve los fluidos en movimiento. En los temas iniciales de este manual se
sentarán las bases teóricas necesarias para el correcto dimensionamiento de una red hidráulica.

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TEMA 3: FUNDAMENTOS DEMECÁNICA DE FLUIDOS

3.1 - Ecuación de conservación de la masa (ecuación de continuidad)

Para el movimiento de un fluido supuesto ideal (1) la siguiente ecuación se considera válida:
̇

̇

3-1

donde:
[
̇
[

⁄

⁄ ]
]

12

[ ⁄ ]
[

]

̇

[

]

3.2 - Fluidoestática

El principio de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido (2). Su ecuación matemática se basa enun simple balance de fuerzas a lo largo de un conducto, y su utilización permite conocer en todo momento
las características del fluido.
Si se quisiera hacer pasar un fluido cualquiera por una tubería, se requeriría una cierta energía. Como se
puede intuir en un principio, parte de esta energía se pierde, entre otras razones por la interacción del
fluido con las paredes que lo rodean, esdecir, por el rozamiento que se produce entre el fluido y las
paredes del conducto.
Desarrollando la ecuación de la energía en régimen estacionario entre dos secciones de una tubería
(Primer principio de la termodinámica (3)), se tiene:

3-2

Dicho de otra forma, la energía con la que llega el fluido, menos la que pierde a lo largo de la tubería,
provoca una variación de energía en el mismofluido. La energía que pierde el fluido en el conducto
puede dividirse en pérdidas de calor (Q), pérdidas por efectos de la viscosidad ( ̇ ) y el trabajo ejercido
por la presión ( ̇ ) y el trabajo realizado por fuerzas externas ( ̇ ).

̇

̇

̇

̇ (

)

̇ (

)

3-3

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TEMA 3: FUNDAMENTOS DE MECÁNICA DE FLUIDOSConsiderando que el proceso es adiabático (es decir, que no hay intercambios de calor con el entorno),
que no se realiza ni se produce trabajo entre las dos secciones

̇

, y suponiendo el fluido

incompresible y sin variación de la energía interna, se tiene que:

̇

̇

̇ (

)

3-4

Por otro lado, el trabajo ejercido por la presión viene dado por:
̇
̇

̇

̇

3-5

El trabajoconsumido por los esfuerzos viscosos da lugar a una pérdida de energía, ( ̇
energía perdida por unidad de longitud se le denomina pérdida de carga (

. A dicha

).

̇

3-6

Que escrita de otra forma da lugar a la más conocida ecuación de Bernoulli:

3-7

De aquí se puede observar que la caída de presión a lo largo de un conducto depende de:

z1, z2 = Elevación en metros.
V1, V2= Velocidad , m/s
p1, p2 = Presión en Pa
ρ1, ρ2 = Densidad en kg/m3.
g = Aceleración debido a la gravedad, 9,81 m/s2.
Cada uno de estos términos corresponde con la presión que produce un fluido debido a distintos
fenómenos:

Presión dinámica

: Es la presión que produce un fluido por tener una cierta velocidad.

Presión hidrostática

: Es la presión que produce un fluido comoconsecuencia de la profundidad a la

que se encuentra.

Presión estática

: Presión que ejerce un fluido en un punto.

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TEMA 3: FUNDAMENTOS DE MECÁNICA DE FLUIDOS

A todo el término constante se le llamará a partir de este momento como presión total (

), y como se

puede observar (ecuación 3-6), la presión total de un...