Flujo interno de fluidos Hidráulica S3

Flujo interno de fluidos

Empezar

01. Hidráulica S3

MECÁNICA DE FLUIDOS

La MECÁNICA DE FLUIDOS es la rama de la ciencia que estudia el equilibrio y movimiento de los fluidos, esto es, líquidos y gases. En los fluidos, puede producirse un movimiento relativo de las moléculas u átomos que forma parte de la estructura interna tanto en movimiento como en reposo, situación que no se produce nunca en los sólidos. La mecánica de fluidos puede dividirse en dos partes diferenciadas. La primera de ellas es la que estudia, básicamente, el movimiento de fluidos que circula por una trayectoria concreta, en el que el fenómeno característico es su transporte. En este tipo de circulación de fluidos, éstos circulan canalizados por el interior de conducciones o cauces, y por ello se denomina Flujo Interno.

+ Info

MECÁNICA DE FLUIDOS

Para el caso de líquidos en reposo, se denomina presión hidrostática a la presión que ejerce el peso gravitatorio de la porción de líquido situada por encima de la sonda medidora, siendo realmente una diferencia de presión entre dos puntos. Sin embargo, esta presión hidrostática es despreciable en el caso de gases. También pueden definirse otros tipos de presión en función del equipo con que se mida, que se verán posteriormente en la sección dedicada a los equipos de medida.

+ Info

INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE PRESIONES

En la atmósfera de la corteza terrestre, el aire está ejerciendo una presión continua, por lo que a menudo se considera presión positiva a presiones superiores a la atmosférica, y vacío o presión negativa a las inferiores. Sin embargo, hablando en términos de presión absoluta, es imposible termodinámicamente la existencia de presiones negativas, lo que sería semejante a hablar de “dinero negativo”, el dinero se tiene o no se tiene, pero no es negativo.

INSTRUMENTOS DE MEDIDA DE PRESIONES

Al margen de la colocación de una sonda para conocer la presión en un punto dado, es necesario conocer el equipo con el que se vaya a medir la presión en ese punto. En función del equipo que se utilice para la medida de la presión en un punto, cabe diferenciar entre presión absoluta (cuando el equipo mide la presión total) o presión sobreatmosférica o manométrica (diferencia de presión respecto a la atmosférica).

+ Info

• TRANSDUCTORES DE PRESIÓN

Son aquellos equipos en los que la presión medida se lee con la ayuda de un circuito eléctrico en un display numérico. Estos están basados en señales eléctricas, aunque el fundamento por el cual miden la presión está basado en la deformación o elongación de un material elástico conductor por la acción de una fuerza transmitida por una membrana elástica en contacto con el fluido.

• TUBOS MANOMÉTRICOS

Para bajas presiones se utilizan los tubos manométricos. Son tubos de vidrio en forma de U que se llenan con un fluido de densidad conocida e inmiscible con el fluido cuya presión se desea medir. Para la medida de la presión en un punto de la conducción, una de sus ramas se comunica con el mismo y la otra con la atmósfera (su medida da la presión sobreatmosférica o manométrica). Para la medida de diferencias de presiones entre dos puntos, cada una de las ramas del tubo en “U” se comunica con los puntos de la conducción que corresponda. En un tubo manométrico en U, el fluido manométrico está en reposo (no circula), por lo que la presión en ambas ramas es la misma a igualdad de altura si está ocupado por el mismo fluido manométrico.

Tubos manométricos.

Los puntos 1 y 2 del manómetro están a la misma presión, ya que está a la misma altura el mismo fluido manométrico que está en reposo (P 1 = P 2 ). Despreciando la presión hidrostática ejercida por los gases (que es equivalente a despreciar su energía potencial), sobre el punto 1 sólo ejerce presión el aire comprimido en el tanque con su presión P A . Así mismo, sobre el punto 2, ejerce presión tanto una columna de mercurio de altura h m y, por encima de ésta, la presión atmosférica (ya que esa rama está abierta), por tanto: P A = ρmghm + Patm

Tubos manométricos.

Es una ciencia básica en todas las ingenierías. Cuando el fluido objeto de estudio es el agua, la parte de la mecánica de fluidos que estudia su movimiento es la HIDRÁULICA. La segunda parte en que se divide la mecánica de fluidos es cuando estos circulan, en vez de por el interior de conducciones, a través en un conjunto de partículas sólidas, denominándose flujo externo, ya que en vez de circular el fluido por el interior de un sólido (una conducción, un tubo, etc.), es el fluido el que envuelve toda la superficie exterior de los sólidos. PRESIÓN. Definiciones:En flujo de fluidos, es de vital importancia conocer la presión ya que con su conocimiento puede controlarse y medirse el flujo. Dado que la presión, según su definición, es la fuerza normal ejercida sobre una superficie, para medir la presión será necesario insertar una sonda en el punto donde la presión desee conocerse, sonda que consiste en exponer una sección. Se pueden considerar tres definiciones de presión según el modo de medir la misma, es decir, como se coloque la sonda medidora de la presión:

a) PRESIÓN ESTÁTICA: Es la presión ejercida por el fluido sobre un plano paralelo a la dirección de la corriente, debido a los choques de las moléculas como consecuencia de un movimiento aleatorio (p). Para un fluido en movimiento la presión estática debe medirse con la sección de la sonda paralela al movimiento del fluido. En el caso de fluidos en reposo, no hay diferencia en cómo se coloque la sonda de presión. b) PRESIÓN DE IMPACTO O DE CHOQUE O DE ESTANCAMIENTO: Es la presión ejercida por el fluido sobre un plano perpendicular a la dirección de la corriente, debido a los choques de las moléculas por el movimiento aleatorio y el movimiento del fluido (p+1/2ρv^2, siendo ρ la densidad del fluido y “v” el módulo de la velocidad puntual del fluido). Por tanto, la sonda deberá tener la sección perpendicular y encarada a la dirección de la corriente. c) PRESIÓN CINÉTICA, DINÁMICA O DE VELOCIDAD: Es la diferencia entre las presiones de impacto y estática (1/2ρv^2), que será nula en el caso de fluidos en reposo. Además, es frecuente encontrar otras definiciones diferentes de presión en función de otras causas distintas al modo de insertarse la sonda de medida, como presión absoluta, hidrostática, manométrica, etc.

Su equivalencia más inmediata es a la atmósfera o al kg/cm2. Cualquiera de las tres unidades es habitual en los catálogos de aire comprimido. Su relación es la siguiente: 1 bar = 100.000 Pa = 1,01972 kgf/cm2 1 atm = 101.325 Pa = 1,01325 bar Para definir correctamente la presión del compresor en esta unidad (bar), es necesario que a continuación se incluya en minúscula una letra que defina si su valor es absoluto o relativo:

• Bar a, significa que el valor indicado previamente es absoluto, es decir, parte del “cero”.
• Bar g, indica que el valor señalado previamente es relativo, es decir, el valor que no considera la presión atmosférica o el valor que leeríamos en un manómetro.

Por lo tanto, la diferencia entre ambos valores es la presión atmosférica: Los flujos gaseosos suelen clasificarse como de baja, media o alta presión, según que la presión del gas circulante sea inferior a 1.2 bar, entre 1.2 y 3.5 bar o entre 3.5 y 100 bar, respectivamente. Todas estas presiones son alcanzables por los compresores de varias etapas.

Aunque en el SI la unidad de presión es el Pascal (Pa = 1 N/m 2 ), es más frecuente expresar la presión en kPa o MPa. También es muy frecuente la utilización de bar, atm y kg/cm 2 , unidades todas ellas parecidas y prácticamente equivalentes (1 bar = 10 5 Pa, 1 atm = 1.013 bar, 1 bar = 1.02 kg/cm 2 ), sin olvidar la unidad de presión del sistema inglés psi (pound per square inch, 1 bar = 14.50 psi). SI = Sistema internacional de medidas PRESIONES DE SERVICIO Las presiones estáticas de los fluidos durante su flujo varían mucho según las circunstancias. La presión del agua en las redes de suministro de las ciudades oscila entre 2 bar y 7 bar, mientras la presión de aspiración de las bombas suele ser próxima a la atmosférica, la de descarga puede superar las 100 bar. DEFINICIONES Bar (unidad de presión) Un Bar es una unidad de presión muy utilizada en aire comprimido.

Los equipos que miden presiones de forma mecánica se denominan manómetros, los cuales pueden medir presiones sobreatmosféricas (cuando miden la presión en un punto con respecto a la atmósfera) o de presiones diferenciales cuando miden diferencias de presión entre dos puntos. A continuación se describen los distintos tipos de manómetros: MANÓMETROS BOURDON O DE RELOJ: Las presiones elevadas y grandes rangos de presiones se miden siempre con manómetros metálicos, tipo Bourdon, etc., que se describen con textos y bocetos referentes a medida de alta presión. Un esquema de ellos se muestra en la figura 1.2, donde se observa que la presión produce una deformación en un tubo o espiral curvo (tubo Bourdon) cuyo movimiento se transmite mediante engranajes en una escala graduada.

Los equipos que miden la presión atmosférica se denominan barómetros, y de ellos, hay barómetros que miden la presión atmosférica absoluta (columnas de líquido, como el de Torricelli), y barómetros que miden la presión atmosférica con respecto a otra de referencia con la que fue calibrado (medida con columna de fluido). En realidad, la presión absoluta únicamente puede medirse con barómetros de columna de fluido. Todos los demás barómetros y otros medidores de presión absoluta miden presiones con respecto a una referencia, que son un calibrado en el caso de barómetros, o bien la presión atmosférica en el caso de otros medidores de presión. Respecto a estos medidores de presión sobreatmosférica que miden con respecto a la presión atmosférica, hay que tener presente que esta varía sensiblemente a lo largo de los días. Así, en el caso de querer medir la presión absoluta con precisión en un punto concreto con un equipo medidor de presión sobreatmosférica, es necesario sumarle la presión atmosférica medida con un barómetro.