1. Tipos de fluidos
En hidráulica se estudia el comportamiento de los fluidos cuando se encuentran en reposo o en movimiento. Una primera clasificación importante es entre fluidos newtonianos y no newtonianos.
Fluidos newtonianos
Son aquellos donde la viscosidad permanece aproximadamente constante para una temperatura dada. La relación entre esfuerzo cortante y gradiente de velocidad es lineal.
Ejemplos: agua, aire, aceites livianos, combustibles y soluciones diluidas.
Fluidos no newtonianos
Son aquellos donde la viscosidad aparente cambia con la velocidad de deformación o presentan esfuerzo de fluencia. En minería son comunes en pulpas concentradas, relaves espesados y pastas.
| Tipo | Comportamiento | Ejemplo |
|---|---|---|
| Newtoniano | Viscosidad constante | Agua |
| Bingham | Requiere esfuerzo inicial para fluir | Relave espesado |
| Pseudoplástico | Disminuye viscosidad al aumentar deformación | Lodos |
| Dilatante | Aumenta viscosidad al aumentar deformación | Suspensiones densas |
2. Ecuación de Bernoulli
Bernoulli expresa la conservación de energía mecánica en un fluido ideal. En hidráulica se usa para relacionar presión, velocidad y altura.
Donde P/γ es carga de presión, V²/2g es carga de velocidad y z es carga de elevación.
En sistemas reales se deben agregar pérdidas por fricción, pérdidas menores y energía entregada por bombas.
3. Continuidad y conservación de masa
Para un fluido incompresible, el caudal se mantiene constante si no existen entradas o salidas adicionales.
Si el área disminuye, la velocidad aumenta. Si el área aumenta, la velocidad disminuye.
4. Viscosidad
La viscosidad representa la resistencia interna del fluido al movimiento. En fluidos newtonianos se usa la viscosidad dinámica μ y la viscosidad cinemática ν.
Donde μ se expresa en Pa·s, ρ en kg/m³ y ν en m²/s.
5. Número de Reynolds
El número de Reynolds permite clasificar el régimen de flujo en tuberías.
| Régimen | Condición típica |
|---|---|
| Laminar | Re < 2.000 |
| Transición | 2.000 ≤ Re ≤ 4.000 |
| Turbulento | Re > 4.000 |
6. Pérdida de carga Darcy-Weisbach
La ecuación de Darcy-Weisbach permite calcular pérdidas por fricción en tuberías presurizadas.
Donde f es el factor de fricción, L la longitud, D el diámetro interno y V la velocidad media.
7. Colebrook-White
Para flujo turbulento, el factor de fricción depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa de la tubería.
También puede usarse la aproximación de Swamee-Jain para cálculo directo.
8. Fórmula de Manning
Manning se utiliza principalmente para canales abiertos y conducciones parcialmente llenas.
Donde n es el coeficiente de Manning, R el radio hidráulico y S la pendiente hidráulica.
9. TDH - Altura Dinámica Total
La TDH representa la altura total que debe entregar una bomba para vencer diferencia de nivel, presión requerida y pérdidas de carga.
Es uno de los principales parámetros para seleccionar bombas centrífugas.
10. Potencia hidráulica y potencia al eje
La potencia hidráulica corresponde a la energía entregada al fluido. La potencia al eje considera la eficiencia de la bomba.
Q debe estar en m³/s, TDH en m, ρ en kg/m³ y η como fracción.
Calculadora hidráulica básica
Esta calculadora permite estimar velocidad, Reynolds, factor de fricción, pérdida de carga, TDH y potencia para agua o fluidos newtonianos.