Trabajo (W= Fxd) (1kgf/m=9,8J y 1J= 1Nxm): energía necesaria para desplazar un cuerpo.
Potencia (W/tiempo) (1W= 1J/s y 1Cv= 735W) (P=FxV): cantidad de trabajo por unidad de tiempo.
Presión (P= Fuerza/Superficie) (su unidad es el kgf/m²): el bar es el resultado de aplicar una fuerza en daN sobre una superficie en cm². El Pa es la presión que corresponde a la fuerza de un newton de intensidad que actúa sobre una superficie plana de 1 metro². La atmósfera se define como la presión que a 0ºC ejercería el peso de una columna de mercurio de 76cm de altura y 1cm² de sección sobre su base. Presión absoluta= Presión atmosférica + Presión relativa. Presión atmosférica normal del aire tiene 1013 bares a nivel del mar.
Vacío (en mm Hg): estado de un fluido cuya presión es inferior a la de la atmósfera, puede expresarse en nivel de depresión o nivel de vacío. Se clasifica en:
- Vacío medio: de 1013 bar a 10 mbar absolutos.
- Vacío primario: de 10 a 10⁻³ mbar abs.
- Vacío secundario: de 10⁻³ a 10⁻⁶.
- Vacío molecular: de 10⁻⁶ a 10⁻⁹.
- Ultravacío: < 10⁻⁹ mbar abs.
Propiedades de los fluidos:
Densidad (m/V): es la magnitud que expresa la relación entre masa y volumen de un cuerpo.
Densidad relativa: relación que hay entre la densidad específica de una sustancia cualquiera y la de una sustancia de igual volumen que se toma como referencia.
Volumen específico: es el volumen que ocupa 1 kg de la masa del cuerpo.
Viscosidad: es una propiedad de los fluidos que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza o resistencia.
Viscosidad dinámica: es la fuerza que hay que ejercer por unidad de superficie, para mover una superficie paralela a una velocidad de un cm por segundo, sobre otra superficie paralela separada por un fluido de un cm de grosor (su unidad es el poise).
Viscosidad cinemática: es la capacidad que tiene un líquido de fluir a través de un tubo capilar, disminuye al aumentar la temperatura, pero no se ve afectada por la presión.
Compresibilidad: es la relación entre los cambios de volumen y los cambios de presión a que está sometido un fluido.
Tensión de vapor: cuando un líquido se introduce en un recipiente cerrado y vacío, sus moléculas se mueven en todas las direcciones evaporándose las que poseen una energía cinética mayor que las fuerzas de atracción hasta que el vapor alcanza una determinada presión que depende de la temperatura. A mayor temperatura, mayor tensión de vapor.
Tensión superficial: es la resistencia de las moléculas de los líquidos a cualquier fuerza que tiende a expandir su superficie.
Capilaridad: depende de la tensión superficial de los líquidos para que puedan subir o bajar por un tubo capilar, depende de las magnitudes relativas de cohesión y de la adhesión a las paredes del tubo.
Módulo volumétrico de elasticidad: expresa la compresibilidad de un fluido, es la relación entre la variación de presión y la variación de volumen por unidad de volumen.
Caudal: es el volumen de un fluido que pasa por una sección de un conducto en un tiempo o como la masa por unidad de tiempo, depende de la sección y la velocidad.
Pérdidas de carga: es una pérdida energética del fluido debido a la fricción de las partículas entre sí y contra las paredes de la tubería, pueden ser continuas o puntuales.
Factores que afectan: velocidad del flujo, tipo, viscosidad del fluido, longitud de tubos, características de las superficies, elementos de acoplamiento como válvulas o grifos.
La facilidad de un elemento para que el aire circule por él se determina mediante: el área de orificio S o el coeficiente de caudal Kv en metros³ o Cv en galones por minuto. (1Cv=1,16Kv) (Q=kvx²√Caída de Presiónx1000/p), se distingue entre tuberías rectas (laminar <2300) o con estrechamientos y curvas (turbulento>2300).
Mecánica de Fluidos
Mecánica de fluidos: es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos en reposo y en movimiento, aplicaciones y mecanismos.
Leyes:
- Principio de conservación de la masa.
- Principio de la cantidad de movimiento.
- Primera y segunda ley de la termodinámica.
Componentes de la energía de un fluido: cinética, potencial gravitacional y energía del flujo.
Dimensiones: masa, longitud, tiempo y temperatura.
Campos:
- Estática de fluidos o hidrostática (se ocupa de los fluidos en reposo, se basa en el principio de Pascal y Arquímedes).
- Dinámica de fluidos o hidrodinámica (fluidos en movimiento, se parte de que el fluido es un líquido incomprensible, se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad y se supone que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo).
Tipos de flujo (según Reynolds):
- Laminar: movimiento de capas o láminas a velocidades bajas cuando las partículas del fluido siguen las líneas de corriente y los resultados coinciden con las predicciones analíticas (< 2300).
- Turbulento: movimientos tridimensionales a velocidad alta, cuando surgen fluctuaciones en la velocidad o remolinos de forma que son impredecibles (>2300).
- Transición: del laminar al turbulento en función del nº de Reynolds, adimensional y es el producto de la velocidad, la densidad y el diámetro de la tubería / viscosidad.
Línea de corriente: lugar geométrico de los puntos tangentes al vector velocidad de las partículas de fluido en un instante.