Fondamenti di Fluidodinamica: Proprietà e Principi Chiave

Fluidi

La condizione di fluido dipende non da un particolare stato della materia, ma piuttosto da un certo comportamento della sostanza in questione. Tuttavia, i fluidi per applicazioni industriali sono classificati in due tipi:

Fluidi Incomprimibili

Sono quelli che, sotto l'azione di una forza esterna, rimangono invariati in termini di volume, trasmettendo efficientemente l'energia (es. liquidi).

Fluidi Comprimibili

Sono quelli che subiscono una variazione di volume, diventando eccellenti accumulatori di energia (es. gas e vapori).

Proprietà dei Fluidi

Le proprietà dei fluidi possono essere di due tipi, che stabiliscono le qualità qualitative e quantitative. Le proprietà quantitative sono quelle che possono essere misurate e associate a unità di misura.

Densità

È il rapporto tra la massa di una sostanza e il volume che occupa. Si indica con ρ (rho).

Formula: ρ = m/V

Unità di misura: kg/m³

Densità Relativa

È il rapporto tra la densità di una sostanza e la densità di una sostanza di riferimento. Nel caso dei fluidi incomprimibili, la sostanza di riferimento è l'acqua distillata a 4 °C; nel caso dei fluidi comprimibili, la sostanza di riferimento è l'aria in condizioni normali.

Peso Specifico

È il rapporto tra il peso di una sostanza o di un fluido e il volume che occupa. Si indica con γ (gamma).

Formula: γ = ρ * g (dove g è l'accelerazione di gravità)

Unità di misura: N/m³

Nota: Dalla definizione di densità, si ha ρ = m/V, da cui V = m/ρ.

Tensione Superficiale (σ)

È la forza che agisce come una sottile membrana elastica sulla superficie di un liquido, generata a causa dell'interazione delle forze molecolari, quali le forze coesive e le forze adesive.

Pressione

È il rapporto tra la forza esercitata da un fluido e l'area della superficie su cui agisce, perpendicolarmente ad essa.

Formula: p = F/A

Unità di misura: N/m² (Pascal, Pa)

Pressione Assoluta

Pressione Assoluta = Pressione Relativa + Pressione Atmosferica

Pressione Idrostatica

La pressione idrostatica studia il comportamento dei fluidi incomprimibili a riposo. Quando un fluido, anche comprimibile, è a riposo, la pressione idrostatica dipende unicamente dall'altezza del punto di misura rispetto a un riferimento, ed è espressa come segue:

Formula: Ph = ρf * g * hf

Dove:

• Ph: Pressione idrostatica
• ρf: Densità del fluido
• g: Accelerazione di gravità
• hf: Altezza della colonna di fluido

Spinta Idrostatica

Si riferisce alla forza risultante esercitata dalla pressione di un fluido su una superficie immersa. Le superfici da analizzare possono essere piane (orizzontali, verticali o inclinate) o curve.

Principio di Pascal

Afferma che una variazione di pressione applicata a un fluido incomprimibile e confinato si trasmette con la stessa intensità in ogni punto del fluido e in tutte le direzioni.

Produce quindi un effetto moltiplicatore sulle forze: aumentando l'area, la forza aumenta proporzionalmente; altrimenti, la forza diminuisce nella stessa proporzione con il diminuire dell'area.

Quando si considera il diametro, la forza aumenta con il quadrato del diametro. Ad esempio, raddoppiando il diametro, la forza aumenta di quattro volte.