HIDRODINÁMICA
La hidrodinámica es el estudio de los fluidos en movimiento. Admitiremos que el fluido no es viscoso, es decir que no hay rozamiento entre las capas de fluidos que pueden dar lugar a pérdida de energía mecánica.
Nuestro estudio de hidrodinámica se limita solamente a los fluidos incompresibles (densidad constante), no viscosos.
Veamos algunos conceptos necesarios para entrar en materia:
CAUDAL
Es la cantidad de líquido que pasa por una sección en determinado tiempo.
Caudal volumétrico: Es el volumen de líquido que atraviesa una sección dividido en el tiempo que tarda en pasar.
\(Q=\frac{V}{t}\)
Donde
Q es el caudal
V el volumen de líquido
t el tiempo
Las unidades del caudal son: \(\frac{m^3}{s}\); \(\frac{L(lts)}{s}\).
Caudal másico: Masa de líquido que atraviesa una sección en la unidad de tiempo.
Las unidades son: \(\frac{Kg}{s}\); \(\frac{Kg}{h}\).
Se puede realizar conversión de caudal másico a caudal volumétrico teniendo en cuenta la relación:
\(V=\frac{m}{\rho}\)
V es el volumen de líquido
m es la masa
\(\rho\) es la densidad del líquido
El caudal también podemos hallarlo teniendo en cuenta la velocidad del líquido dentro de la sección:
Si observamos la gráfica vemos como el líquido al moverse dentro de la sección o tubo recorre una distancia d. El volumen de líquido que circula puedo expresarlo como \(V=S*d\), donce V es el volumen, S es la superficie o área del tubo y d la distancia que recorre.
\(Q=\frac{S*d}{t}\) recordemos que distancia/tiempo es velocidad:
\(Q=S*v\)
S es la superficie o área de la sección por donde pasa el líquido
v es la velocidad con la cual pasa por esa sección
Importante no confundamos V con \(v\), mayúscula se utiliza para el volumen y minúscula para la velocidad.
ECUACIÓN DE CONTINUIDAD
Antes de hablar de la ecuación de continuidad pensemos el siguiente razonamiento:
Por una tubería de 10 cm ingresan 5 litros de agua por minuto. ¿Qué cantidad de agua sale por el otro extremo del tubo?
La respuesta es la que estás pensando. Todo lo que ingresa al tubo debe salir por el otro extremo. Y éste es el principio básico para formular la ecuación de continuidad.
\(Q_{entrada}=Q_{salida}\)
Por la definición de caudal \(Q=S*v\) se tiene que:
\(S_{entrada}v_{entrada}=S_{salida}v_{salida}\)
Observando la gráfica podemos obtener que la ecuación de continuidad es:
\(S_2v_2=S_1v_1\)
S son las superficies o áreas en cada extremo del tubo
\(v\) las velocidades en cada extremo del tubo
Esta ecuación llamada de continuidad es la expresión matemática de la conservación de la masa total del fluído, de la cual podemos concluir que si la sección de un tubo de flujo se estrecha, la velocidad del fluido aumenta, y de ésta manera se conserva el caudal en el mismo.
PREGUNTA: La hidrodinámica es el estudio de los fluidos en movimiento: