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La presión es una magnitud escalar que aparece ligada a la fuerza perpendicular que se da sobre una superficie unidad que se encuentra sumergida en un líquido. La presión depende de la posición en la que la superficie se encuentra sumergida en el líquido, sin embargo, para un único punto hay una única presión (es lo que se conoce como el teorema de Pascal).

En los campos hidrostáticos convencionales, la presión aumenta con la profundidad (no así en otros campos en los que intervienen más aceleraciones además de la gravitatoria).

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En este sentido, la relación entre la posición vertical (h) y la presión (P) es el peso específico (g):

P = gh

Y siempre, la existencia de la presión genera fuerzas perpendiculares a las superficies sumergidas. En realidad, fuerzas que crecen de forma lineal con la profundidad y cuyas distribuciones son perpendiculares a las superficies mojadas y siempre hacia ellas.

Presión absoluta y relativa

En las situaciones convencionales todas las cosas están sumergidas en el campo gravitatorio. Este campo genera una presión atmosférica debida al propio peso de los gases que componen la atmósfera.

A esta presión se le denomina presión atmosférica y se considera un valor estándar para la misma de 1 atmósfera (760 mm Hg).

En muchas ocasiones y, dado que los manómetros para medir la presión también se encuentran inmersos en la atmósfera, este se considera como el origen para la realización de dichas mediciones.

Sin embargo, podría considerarse una escala en la que el origen fuese el vacío absoluto, en el que no hay ninguna presión. En este caso se mide lo que se denomina presión absoluta, respecto a un cero absoluto en el que se consiguiera el vacío completamente. Las dos se relacionan de la siguiente manera: abs rel atm P = P + P

La presión es un concepto que nos vamos a encontrar en todos los análisis hidráulicos, tanto en sistemas en reposo como en movimiento. Sin embargo, no ocurre lo mismo con la velocidad y el caudal: estos últimos

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son conceptos que solamente se presentan cuando el fluido se mueve, lo que es objeto de la cinemática y dinámica.

Velocidad y caudal

La velocidad en mecánica de fluidos no es un concepto diferente de la mecánica convencional. Representa la cantidad de espacio que es capaz de recorrer una partícula en la unidad de tiempo. Sin embargo la diferencia es que en este caso no tenemos una única partícula sino un número infinito de ellas que se encuentran en movimiento formando lo que se ha llamado un perfil de velocidades.

Ligado a este concepto de velocidad nos encontramos el de caudal que representa la cantidad de volumen de partículas que pasan por una determinada sección en la unidad de tiempo. Este es el caudal volumétrico (Q) que se mide en unidades de volumen sobre tiempo. En caso de que se trate de la masa de partículas que atraviesa una determinada sección estaremos hablando de caudal másico (G).

En el interior de un fluido, este perfil no presenta un módulo constante en todo el diámetro. Así, la velocidad de una partícula depende de su posición con respecto a la pared.

Las más cercanas van más lentas y las más alejadas van más rápidas. Por ello es conveniente definir un concepto de velocidad media (V), que es la relación entre el caudal que atraviesa una determinada sección (Q) y esta sección (A) y que es considerada como una magnitud escalar. (Figura 3.3)

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Numero de Reynolds

Ligado a este concepto de perfil de velocidades nos encontramos con el de número de Reynolds.

Debido a las tensiones tangenciales precisamente relacionadas con la viscosidad del fluido, hemos visto que aparecen los perfiles de velocidades. La forma de este perfil va a depender del tipo de régimen: sea éste laminar o turbulento. Cuando el régimen es laminar, las partículas se desplazan de forma paralela, en láminas que producen

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pocas tensiones entre ellas. Matemáticamente, el perfil laminar será como una parábola que tiene el máximo en el eje del tubo.

De otro lado, cuando el régimen es turbulento existen ciertos remolinos que hacen que se pierda este paralelismo en el movimiento de las partículas y se producen variaciones aleatorias en el movimiento de las mismas. Esto hace que los perfiles de velocidades sean distintos, tienen una gran variación cerca de la pared pero alcanzan un máximo que avanza casi de forma constante en el centro de la conducción. La mayoría de perfiles de velocidades son turbulentos en el caso del movimiento del agua en los abastecimientos.

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Existe un número adimensional que valora estas diferentes situaciones. Es el llamado

Número de Reynolds. Conceptualmente, el número de Reynolds (Re)

relaciona las fuerzas de inercia y las viscosas en el seno de un fluido y se define como:

Siendo V la velocidad media, D el diámetro de la conducción y n la viscosidad cinemática del fluido.

El número de Reynolds determina cuantitativamente el tipo de régimen. Cuando éste es menor de 2000 el régimen es laminar. Si es mayor de 4000, el régimen es turbulento y si se encuentra entre ambos es de transición.

El conocimiento del número de Reynolds es importante en muchos cálculos hidráulicos que realizaremos en el análisis del abastecimiento.