La Hidrodinámica trata sobre los fluidos en movimiento. Para estudiar este tema en donde solamente se tratara de los líquidos que fluyen sin turbulencias, se tiene que tener en cuenta los siguientes puntos:
- Que el fluido es un liquido incompresible.
- Se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario.
Continuidad
La ecuación de continuidad es un producto de la ley de conservación de la masa, que manifiesta que en un conducto o tubería, sin importar su sección; mientras no existan fugas, la cantidad de fluido que entra por uno de sus extremos debe salir por el otro. O sea que se conserva el fluido a través de una tubería.
Esto quiere decir que en una tubería en sus diferentes tramos, puede tener diferentes diámetros y no debe de existir ninguna fuga en ella, por ende, toda la masa liquida se traslada en un tiempo determinado «t». En la figura 1 se muestra que un volumen de liquido «V» atraviesa una cierta sección «S1», otra sección cualquiera «S2» de la misma tubería será también atravesada por un volumen igual, esto debido a la consideración que hemos realizado en la que el liquido no se puede comprimir.
De este análisis se obtiene la ecuación de continuidad:
S1v1 = S2v2
- S1 = Área de la sección 1
- S2 = Área de la sección 2
- v1 = Velocidad del fluido en la sección 1
- v2 = Velocidad del fluido en la sección 2
En la figura 2 se muestra el hecho de que una tubería de mayor diámetro soporta también una fuerza de tensión mayor que otra de diámetro más pequeño, aunque la presión interior en ambas tubería sea la misma.
Lo anterior se da porque un aumento de la superficie conlleva un aumento en la misma proporción de la fuerza, ya que la presión permanece constante.
En la figura 3 se presenta la diferencia grafica entre presión estática y dinámica.
En la figura 4 se muestra que la presión de un fluido sobre una superficie depende de la orientación de la misma con respecto a la dirección del movimiento del fluido.
En las instalaciones solares, la velocidad normal de circulación del liquido no es demasiado grande y la presión dinámica será mas bien pequeña en comparación con la presión estática (incluida la gravitatoria).
Todos los líquidos reales, en mayor o menor grado, presentan una resistencia a fluir por las tuberías, como resultado del rozamiento interno entre sus moléculas. Esta resistencia, llamada viscosidad, se mide mediante un coeficiente µ llamado coeficiente de viscosidad, el cual es distinto para cada liquido.
La pérdida de presión es el resultado de las fuerzas de fricción ejercidas sobre un fluido dentro de un sistema de tuberías, resistiendo su flujo. A medida que aumenta la pérdida de presión, también incrementa la energía requerida por las bombas del sistema para compensarla, lo cual lleva a mayores costos de operación.
En la figura 5 se muestra la perdida de presión (perdida de carga) debido a la fricción. Esta perdida a veces se acostumbra a expresar no en unidades de presión propiamente dichas, sino en «metros de columna de agua» m.c.a., es decir, como la altura en metros que tendría una columna vertical de agua para que la presión estática, en el fondo de la misma, fuese igual que la perdida de carga que estemos considerando.
Los diferentes accesorios (válvulas, llaves de paso, uniones, derivaciones, etc.) de una instalación comportan perdidas de cargas adicionales que es preciso tomar en cuenta, y que equivalen a considerar que la longitud de la tubería sea superior en un determinado numero de metros a lo que realidad es.
En la figura 7 se presenta el cuadro de viscosidad absoluta del agua en función de su temperatura.
Lo que hemos descrito en estos últimos cuatro capítulos es fundamental para conocer lo que se requiere en una instalación de energía solar, ya que el instalador debe de tener conocimiento matemático y físico, para entender y comprender lo antes explicado, ya que el proyectista de una instalación solar debe de realizar cálculos matemáticos para determinar las dimensiones de la instalación, que captador de placa plana (c.p.p) es el adecuado, etc., así como físicos, para calcular las presiones que tendrá el sistema, a si como sus perdidas en tuberías y accesorios, etc.
No todo termina en lo anterior, también debe de conocer sobre temperaturas, conservación del calor, conceptos de electricidad, de óptica y la parte mas fundamental del conocimiento en la energía solar el tema de «energía radiante», así que es un camino largo por recorrer pero muy interesante y la persona que logra convertirse en un proyectista de instalación de energía solar, tiene el conocimiento completo de todos los puntos descritos anteriormente.
En este blog se tratara de los temas restantes que son básicos para entrar mas adelante en los temas principales de la energía solar.
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