Una distinción fundamental es si se trata de un medio comprimible o incompresible. Los medios comprimibles son sustancias cuyas densidades y, por tanto, también sus volúmenes, dependen de la presión. Esta agrupación se aplica a los gases. Los medios incompresibles, por otro lado, tienen un volumen constante, independientemente de la presión, siendo los líquidos más propensos a formar parte de esta categoría. Cabe señalar, sin embargo, que la incompresibilidad representa un escenario ideal que no existe en la realidad. Sin embargo, líquidos como el agua o el aceite hidráulico se denominan en la práctica incompresibles, ya que son incompresibles en una primera aproximación. Se supone que el agua dentro de las tuberías es incompresible en condiciones normales, ya que esto simplifica enormemente los cálculos y cualquier error resultante será insignificante.
Un ejemplo de esto es el cálculo del flujo volumétrico. Dado que los líquidos son incompresibles en una primera aproximación, es decir, su densidad no cambia, si el flujo de la sección transversal se ensancha o se estrecha a un flujo de volumen constante (y así se produce un cambio de presión), entonces se aplica la ley de continuidad:
Q = UNA 1 • v 1 = UNA 2 • v 2
Para los gases, la ley de continuidad en esta forma no se aplica debido a su compresibilidad.
Al decir esto, nos hemos anticipado ligeramente al siguiente punto. La distinción entre estática y dinámica también es importante aquí. La estática denota un equilibrio de fuerzas. En este caso, no se produce ningún flujo debido a la compensación de las diferencias de presión.
La dinámica, sin embargo, es bastante diferente. En este caso, diferenciamos entre diferentes tipos de flujo.
- Flujo constante: existe un flujo constante cuando el caudal permanece constante a lo largo del tiempo.
- Flujo transitorio: un flujo transitorio surge cuando ocurren cambios temporales. Este es el caso de bombas y aberturas de válvulas, por ejemplo. Puede variar desde choques dinámicos hasta picos de presión, que también pueden dañar las tuberías.
- Flujo laminar: En un flujo laminar, el fluido fluye en capas que no se entremezclan. Aquí no hay turbulencias y las capas individuales pueden tener diferentes velocidades.
La fricción también juega un papel importante. Aquí se hace una distinción entre fricción exterior e interior. El primero se refiere a la fricción que existe entre el fluido y una pared (por ejemplo, la pared interior del conducto a través del cual fluye el fluido). Se encuentra una fricción interna en el caso de un flujo laminar, por ejemplo, donde las capas individuales de fluido se rozan entre sí. La fricción que actúa sobre el flujo depende de varios parámetros y requiere cálculos complejos. Estos parámetros incluyen la rugosidad de la pared interior, la velocidad de flujo, la densidad y la viscosidad. Este último también depende de la temperatura, lo que complica aún más el cálculo final.
Volviendo ahora a la distinción entre estática y dinámica. Hablamos de medición de presión estática cuando buscamos establecer la presión gravitacional (también denominada presión hidrostática). Esto se refiere a la presión que surge de un fluido quieto bajo la influencia de la atracción gravitacional. La presión hidrostática se mide, por ejemplo, para detectar los niveles en los tanques. Aquí también, la distinción entre medios compresibles e incompresibles es esencial, ya que el cálculo de la presión hidrostática del agua, por ejemplo, es mucho más fácil que el de un gas compresible.
La masa de los medios incompresibles es su densidad multiplicada por su volumen y, por tanto, la densidad multiplicada por el área multiplicada por la altura. Para el cálculo de la presión hidrostática utilizamos:
p = F / A = ρAhg / A = ρgh
p = presión
F = fuerza
A = área
ρ = densidad
h = altura
g = fuerza gravitacional
La presión en esta ecuación es proporcional a la profundidad del medio. La forma o la sección transversal del recipiente no juega ningún papel aquí. Por tanto, la presión hidrostática es independiente del volumen dentro de un recipiente y, en cambio, está relacionada con el nivel de llenado. Este fenómeno también se conoce como paradoja hidrostática.
