La hidráulica es la rama de la física que estudia la mecánica de los líquidos y se divide en hidrostática (líquidos en reposo) e hidrodinámica (líquidos en movimiento).
Se llama densidad d de un cuerpo al cociente entre su masa m y su volumen V:
d = m / V
El peso específico pe es el cociente entre el peso (= m . g) y el volumen:
pe = m . g / V
Los fluidos (líquidos y gases) ejercen siempre una presión pr en todas las direcciones.
La presión es el cociente entre una fuerza f (la ejercida por el fluido) y el área de la superficie sobre la que actúa esta fuerza S:
pr = f / S
La unidad de presión en el SI es el Newton dividido por el m2 (N / m2) y recibe el nombre de pascal.
La presión ejercida por la gravedad y las fuerzas que tienden a comprimir los fluidos se llama presión estática.
La presión derivada del movimiento de un fluido se llama presión dinámica.
Conociendo la densidad o el peso específico de un fluido podemos hallar la presión estática debida a la gravedad a cualquier profundidad h a partir de cualquiera de las siguientes 2 fórmulas:
pr = d . g . h
pr = pe . h
La diferencia de presión será igual a la diferencia de profundidades h entre 2 puntos o distancia vertical entre ellos.
Una típica presión estática, es la presión atmosférica, producida en todas direcciones sobre los cuerpos colocados en la superficie de la tierra debido a la gran columna de aire sobre ellos. El resultado de esta acción en todas direcciones de la presión atmosférica no produce fuerza neta de empuje del cuerpo hacia algún lado, solo tiende a comprimirlo.
En el caso de un recipiente, la presión atmosférica actúa por dentro y por fuera y por lo tanto sus acciones se anulan entre sí.
A nosotros nos interesa conocer el exceso de presión sobre la presión atmosférica que pueda haber en el interior del recipiente (depósitos o tuberías) a través de aparatos de medición (manómetros).
Si en un recipiente el aire puede entrar y salir libremente a través del borde de la tapa, la superficie del líquido estará únicamente sometida a la presión atmosférica. Se trata de un depósito abierto o no presurizado.
Si midiéramos con un manómetro la presión a diferentes alturas en el depósito, será igual a cero en la superficie y máxima en el fondo.
Si ahora el recipiente está herméticamente cerrado y sometido a una presión adicional p, transmitida a través de las tuberías que lo comunican con la red de distribución; la medición será igual a la anterior pero incrementada en el valor de p. Generalmente la pequeña diferencia de presión originada en la diferencia de alturas es despreciable frente a la presión general del circuito p.
El teorema de Arquímedes permite conocer el peso de un cuerpo cuando se encuentra sumergido en un líquido.
Este teorema también puede aplicarse a una porción del mismo líquido.
Supongamos que una porción del líquido sufriera un ligero aumento de temperatura con respecto a otras partes del mismo.
Los cuerpos se dilatan al aumentar su temperatura y al aumentar de volumen su densidad disminuye ya que la masa permanece invariable.
Si d1 es la nueva densidad de la porción considerada (d1 < d):
Peso de la porción de líquido: p = m . g = V1 . d1 . g
Empuje que actúa sobre la porción de líquido: E = V1 . d . g
Donde V1 es el volumen de la porción de líquido
Estas son las llamadas corrientes de convección naturales de los fluidos, en las que las partes calientes de los mismos tienden a ascender. En este fenómeno se basan los sistemas de circulación natural o termosifón para el aporte de agua caliente mediante colectores solares.
Este contenido forma parte del eBook «Introducción a la Energía Solar» y del e-learning solar de Sopelia.