en las instalaciones aparecen cuando el fluido se desplaza, es decir se trata de problemas hidrodinámicos. No podemos olvidar, sin embargo, que en algunos casos, por ejemplo cuando no existe consumo, las presiones estáticas sobre elementos de la instalación son máximas.
Vamos a ocuparnos por tanto del movimiento de los fluidos haciendo una observación importante: en Hidrostática el comportamiento de los fluidos reales es idéntico al de los fluidos perfectos o ideales, por el contrario en Hidrodinámica es básico considerar que se trata de fluidos reales, en los que debido a su viscosidad aparecen fuerzas entre las partículas fluidas y entre las capas del fluido y las paredes del contorno. Las partículas del fluido en movimiento, al contrario de lo que sucede con los sólidos, pueden tener diferentes velocidades y estar sujetas a distintas aceleraciones. Por ser el único fluido que utilizaremos nos referiremos, en nuestro caso, al agua.
La circulación por el interior de la tubería se logra siempre por alguno de los medios siguientes.
Circulación por gravedad
Cuando el sentido del líquido es descendente y se aprovecha el propio desnivel de la tubería.
Circulación impulsada
Cuando el sentido del líquido es ascendente y tiene que vencerse el desnivel de la tubería, efectuándose la impulsión por medio de un grupo de bombeo.
Circulación por gravedad e impulsión
En aquellos casos que, circulando el líquido en sentido descendente, se requiere además un aumento de presión como consecuencia de desnivel insuficiente.
Las instalaciones, en sus aplicaciones más habituales, pueden clasificarse en:
a. Instalaciones de tuberías a presión (tubería completamente llena).
– Conducciones.
– Redes de distribución.
b. Instalaciones de tuberías sin presión (tubería parcialmente llena).
– Evacuación de aguas residuales en interiores de edificios.
– Evacuación horizontal de aguas residuales.
1.3.1 Definiciones y conceptos
Régimen estacionario
Un fluido discurre en régimen estacionarlo cuando su velocidad en un mismo punto es siempre igual, aunque varíe de unos puntos a otros.
Líneas de corriente
Línea imaginarla continua, tangente en cada punto al vector velocidad de la partícula que en un instante determinado pasa por dicho punto.
Las líneas de corriente no pueden cortarse (excepto en puntos singulares como fuentes o sumideros), pues entonces una misma partícula pertenecería a la vez a ambas y tendría dos direcciones simultáneas de movimiento.
Tubo de corriente o superficie de corriente
Es el espacio limitado por las líneas de corriente que pasan por el contorno de una superficie situada en el seno de un líquido.
Vena líquida
Volumen de líquido delimitado por el tubo de corriente. La superficie de contorno limitante puede ser una pared sólida (tubería), el propio líquido o la atmósfera.
Régimen laminar y turbulento
El régimen estacionario es laminar cuando las capas del fluido se deslizan, como si se tratase de verdaderas láminas fluidas. El régimen es turbulento cuando en la corriente hay formación de torbellinos o remolinos.
1.3.2 Ley de continuidad
Las diversas velocidades con las que circula un fluido por un tubo de corriente son inversamente proporcionales a las secciones de este.
El producto de la velocidad del fluido por el área de la sección recta del tubo de corriente es constante.
V1·S1 = V2·S2; V1/V2 = S2/S1 igualdades que demuestran la ley de continuidad.
El volumen de líquido que entra es igual al volumen de líquido que sale en la unidad de tiempo (ver figura 1.8).
El caudal se mantiene constante.
Caudal = velocidad x sección.
Q = V·S = cte. (1.3.1)
Esto significa que al disminuir la sección del tubo la velocidad del líquido aumenta.
Q = (cm/s) cm2 = cm3/s
Caudal es el volumen de líquido que circula por unidad de tiempo. También se utilizan los m3/hora o los litros/segundo.
En una tubería por la que pasa un fluido con régimen laminar, la superficie de contacto del fluido con el conducto es un tubo, cumpliéndose en la conducción por lo tanto la «ley de continuidad».
1.3.3 Alturas geométricas, piezométrica y cinética
Supongamos un fluido en movimiento y consideramos una porción de él, limitada por líneas de corriente (figura 1.8). En un punto A1, en el que la sección normal a la línea de corriente que pasa por A1 es S1, el líquido tiene una velocidad de V1 y está sometido a una presión P1.
Altura geométrica
h1 es la altura en metros del punto considerado en el agua sobre un plano horizontal arbitrario X.
Altura piezométrica
h’ es la altura del fluido que sería necesaria para producir la presión hidrostática P1. Por el teorema fundamental de la hidrostática P1 y h’1 vienen ligados por la ecuación:
P1 = h’1·ρ·g
de donde h’1 = P1/ρ·g. siendo ρ la masa específica o densidad absoluta del fluido.
