Propiedades de los Fluidos
Densidad (
donde:
= densidad (kg/m³) = masa del fluido (kg) = volumen del fluido (m³)
Viscosidad dinámica (
donde:
= esfuerzo cortante (Pa) = gradiente de velocidad (s⁻¹)
Presión (
donde:
= presión (Pa o N/m²) = fuerza (N) = área (m²)
Caudal volumétrico (Q)
La cantidad de fluido que pasa a través de una sección transversal en una unidad de tiempo.
donde:
es el caudal volumétrico (m³/s) es el área de la sección transversal (m²) es la velocidad del fluido (m/s)
Hidrostática
Presión hidrostática (P)
La presión en un fluido debido a su profundidad.
donde:
es la presión (Pa) es la densidad del fluido (kg/m³) es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s²) es la altura o profundidad (m)
Presión absoluta (Pₐ)
Suma de la presión atmosférica y la presión hidrostática.
donde:
es la presión absoluta (Pa) es la presión atmosférica (~101,325 Pa a nivel del mar)
Principio de Pascal
Transmisión de presión en fluidos
donde:
es la fuerza aplicada en el pistón 1 (N) es el área del pistón 1 (m²) es la fuerza aplicada en el pistón 2 (N) es el área del pistón 2 (m²)
Principio de Arquímedes
Fuerza de empuje o fuerza de flotación (E) sobre un objeto sumergido en un fluido es igual al peso del fluido desplazado.
donde:
es la fuerza de empuje (N) es la densidad del fluido (kg/m³) es el volumen del fluido desplazado (m³) es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s²)
Principios de Conservación
Ecuación de Continuidad
Conservación de masa
donde:
y = áreas de las secciones transversales (m²) y = velocidades del fluido en las secciones 1 y 2 (m/s)
Teorema de Bernoulli
Ecuación de Bernoulli
donde:
= presión del fluido (Pa) = densidad del fluido (kg/m³) = velocidad del fluido (m/s) = aceleración debida a la gravedad (m/s²) = altura (m)
Flujo de Fluidos
Flujo Laminar y Turbulento
Número de Reynolds (
donde:
= longitud característica (m) = velocidad del fluido (m/s)
Ecuaciones de Navier-Stokes
- Ecuaciones de Navier-Stokes (forma simplificada para un fluido incompresible):
Hidráulica
Flujo en Tuberías
Pérdida de carga por fricción (Ley de Darcy-Weisbach)
donde:
= pérdida de carga (m) = coeficiente de fricción = longitud de la tubería (m) = diámetro de la tubería (m) = aceleración debida a la gravedad (m/s²)
Flujo en Canales Abiertos
Ecuación de energía para flujo en canal
donde:
= altura total de energía (m) = altura sobre el nivel de referencia (m)
Teorema de Torricelli
Velocidad de salida de un fluido a través de un orificio
donde:
= altura del fluido sobre el orificio (m)
Flujo de Fluidos No Newtonianos
Modelo de Bingham
Esfuerzo cortante
donde:
= esfuerzo cortante mínimo (Pa)
Modelo de Power Law
Viscosidad
donde:
= coeficiente de consistencia = índice de fluidez