Fundamentos de Hidrostática e Hidrodinámica: Principios y Propiedades de los Fluidos

Hidrostática: El Estudio de los Fluidos en Reposo

Hidrostática: Es la rama de la hidráulica que estudia las presiones y fuerzas producidas por un líquido en reposo y sus condiciones de equilibrio.

La hidrostática tiene por objetivo estudiar a los líquidos en reposo.

Propiedades de los Fluidos

Un fluido es la reunión de muchas partículas que se mueven bajo la influencia de sus compañeras y del medio que las rodea. En general, todos los gases y líquidos se consideran fluidos.

• Viscosidad: Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando un líquido fluye.
• Tensión superficial: La tensión superficial hace que la superficie de un líquido se comporte como una finísima membrana elástica.
• Peso específico: Es el peso por unidad de volumen de una sustancia; sus dimensiones en el Sistema Internacional son gf/cm³.
• Densidad: Se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.
• Cohesión: Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia.
• Adherencia: La adherencia es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto.

Capilaridad

Capilaridad: Es la cualidad que posee una sustancia para absorber un líquido. Sucede cuando las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido.

Capilaridad: La capilaridad se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares.

Conceptos de Presión

Presión: El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie dada y el área S de dicha superficie se denomina presión. La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada.

Presión hidrostática: La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes del recipiente que los contiene.

Presión atmosférica: La Tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. La presión atmosférica no puede calcularse fácilmente, pero sí medirse utilizando un barómetro, instrumento que sirve para determinar experimentalmente la presión atmosférica.

Presión Manométrica y Presión Absoluta

Un líquido contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por su peso, soporta la presión atmosférica, la cual se transmite uniformemente por todo el volumen del líquido.

• Presión absoluta = presión manométrica + presión atmosférica
• Presión manométrica = presión absoluta - presión atmosférica

Principios Fundamentales de la Hidrostática

Principio de Pascal

Sabemos que un líquido produce una presión hidrostática debido a su peso, pero si el líquido se encierra herméticamente dentro de un recipiente, puede aplicársele otra presión utilizando un émbolo; dicha presión se transmitirá íntegramente a todos los puntos del líquido.

La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del principio de Pascal. Consta esencialmente de dos cilindros de diferente diámetro, cada uno con su respectivo émbolo, unidos por medio de un tubo de comunicación.

Principio de Arquímedes y Flotación de los Cuerpos

Cuando un cuerpo se sumerge en un líquido, se observa que este ejerce una presión vertical ascendente sobre él. Lo anterior se comprueba al introducir un trozo de madera en agua; la madera es empujada hacia arriba, por ello se debe ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantenerla sumergida.

Principio de Arquímedes: El principio de Arquímedes es un principio físico que afirma que un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido estático (e incompresible) será empujado con una fuerza igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho objeto.

Principio de Arquímedes: Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado.

Hidrodinámica: Fluidos en Movimiento

La hidrodinámica es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento.

Gasto y Flujo

Gasto: Es la cantidad de fluido que pasa por determinado elemento en la unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.

Gasto: Cuando un líquido fluye a través de una tubería, es muy común hablar de su gasto, que por definición es: la relación existente entre el volumen de líquido que fluye por un conducto y el tiempo que tarda en fluir.

Flujo: Se define como la cantidad de masa del líquido que fluye a través de una tubería en un segundo.