Funcionamiento y Función del Tubo de Pitot

El tubo de Pitot es un instrumento utilizado para medir la presión total de fluidos y gases. Está formado por dos tubos que constituyen una “L”, que puede variar en su tamaño de acuerdo a su funcionalidad. Uno de los tubos se encarga de medir la presión de impacto del flujo, mientras que el otro se ocupa de la presión estática, gracias a un orificio habilitado a tal fin.

Principio de Pascal en un Sistema Hidrostático

Consideremos un plano horizontal de fluido, en el que se traza un triángulo. Si aceptamos que estamos en condiciones hidrostáticas, la resultante de los esfuerzos en los ejes *x* e *y* son nulas, donde P1 = P2 = P3. Esto demuestra el Principio de Pascal, que establece que la presión aplicada a un fluido encerrado se transmite sin disminución a todas las partes del fluido y a las paredes del recipiente.

Funcionamiento y Función del Tubo de Venturi

Un tubo de Venturi es un sistema para acelerar el flujo de un fluido, al restringirlo en un cono con forma de tubo. En la restricción, el fluido debe aumentar su velocidad, reduciendo su presión y produciendo un vacío parcial. A medida que el fluido sale de la constricción, su presión aumenta al nivel del ambiente o de la tubería. La función principal del tubo de Venturi es medir la velocidad de un fluido, midiendo los cambios de presión de un punto a otro a lo largo del Venturi.

Experimento de Osborne Reynolds y la Clasificación del Flujo

Osborne Reynolds montó un circuito donde consiguió deducir que, a velocidades bajas, el filamento de tinta no se difundía, sino que se mantenía formando una línea recta paralela a las paredes. Al aumentar la velocidad, el filamento se ondulaba y se rompía hasta que se confundía con el agua del tubo. De este experimento, se derivan los siguientes regímenes de flujo:

  • Régimen laminar (Re <= 2100): El flujo se mantiene estacionario y las partículas se mueven en trayectorias paralelas.
  • Régimen de transición (2100 <= Re <= 4000): La línea del colorante pierde estabilidad, formando pequeñas ondulaciones.
  • Régimen turbulento (Re >= 4000): El colorante tiende a difundirse en todo el flujo, con un movimiento caótico de las partículas.

Conceptos de Régimen Permanente, Variable, Uniforme y Variado

  • Régimen permanente: En cada punto, la velocidad es la misma en cualquier instante. El valor de la velocidad depende solo de la posición y no del tiempo (Dv/dt = 0).
  • Régimen variable: La velocidad en un mismo punto no es constante en el tiempo, sino que varía de unos instantes a otros (Dv/dt ≠ 0).
  • Régimen uniforme: La velocidad en un instante dado es la misma en todos los puntos de una misma línea de corriente. Si consideramos secciones normales a las líneas de corriente en un momento dado, las velocidades son iguales en todas las secciones (Dv/dr = 0).
  • Régimen variado: La velocidad es distinta en los puntos de una misma línea de corriente (Dv/dr ≠ 0).

Fenómeno Físico del Golpe de Ariete

El golpe de ariete es un fenómeno hidráulico que se presenta en las tuberías cuando ocurre un cierre brusco de válvulas, un paro de equipos de bombeo o cualquier cambio de velocidad en el flujo. Las fórmulas para el cálculo de la sobrepresión relativa a este fenómeno son:

  • Cierre instantáneo: P = γ * (v * v0) / g
  • Cierre lento de una válvula: P = γ * (2 * L * v) / (g * t)

Donde:

  • P: Sobrepresión
  • γ: Peso específico del fluido
  • v: Velocidad del fluido
  • v0: Velocidad inicial del fluido
  • g: Aceleración de la gravedad
  • L: Longitud de la tubería
  • t: Tiempo de cierre

Trayectoria, Línea de Corriente, Tubo de Flujo y Vena Líquida en Cinemática de Fluidos

  • Trayectoria: Curva trazada en su movimiento por una partícula de fluido.
  • Línea de corriente: Línea imaginaria y continua que, en un instante, es en cada punto tangente al vector velocidad.
  • Tubo de flujo: Región tubular del fluido cuyas paredes son líneas de corriente.
  • Vena líquida: Volumen de fluido limitado por el tubo de corriente.

Propiedades de un Líquido Perfecto

  • No viscoso: Se desprecia la fricción interna entre las distintas partes del fluido.
  • Homogéneo: La densidad del fluido es la misma en todas sus partes.
  • Estacionario: La velocidad del fluido en un punto es constante en el tiempo.
  • Incompresible: La densidad del fluido permanece constante.

Diferencias entre Piezómetro, Manómetro y Manómetro Diferencial

Los manómetros y los piezómetros son tubos que contienen un líquido manométrico con un peso específico diferente respecto a otro líquido del cual se requiere localizar la presión (Pchr). En cambio, los manómetros diferenciales se utilizan para determinar la diferencia entre diferentes presiones (Pchr).

Sistemas de Impulsión: Bombas en Serie y en Paralelo

  • Bombas en serie: El caudal circulante es el mismo para todas las bombas, mientras que la altura de impulsión es específica para cada bomba. Se utiliza para aumentar la presión del sistema.
  • Bombas en paralelo: Los caudales circulantes son diferentes en cada bomba y al final se acaban sumando. Este esquema es adecuado en caso de tener que transportar caudales elevados.