Hidraulica Tema 1

HIDRULICA

Ing. RAFAEL DE LA CRUZ CASAO

ACTITUD MENTAL POSITIVA:

- Una visin positiva determina muchas variables.

(Piense en grande, Dr. Ben Carson, Pg. 131)

PIENSE EN GRANDE


- Mi propsito de relatar este incidente, es sealar el tremendo papel que juega NUESTRA ACTITUD en nuestro bienestar y en NUESTRA CAPACIDAD.


PIENSE EN GRANDE


- la manera correcta de pensar se desarrolla a medida que maduramos.


PIENSE EN GRANDE

Pensar en grande implica ensanchar nuestro horizonte, buscar nuevas posibilidades para nuestra vida, estando abiertos a cualquier cosa que Dios nos pueda tener reservado para mas adelante.


PIENSE EN GRANDE

T = TALENT (talento) H = HONEST (honestidad) I = INSIGHT (perspicacia) N = NICE (bondad) K = KNOWLEDGE (conocimiento) B = BOOKS (lectura) I = IN DEPTH KNOWLEDGE (conocimientos profundos) G = GOD (Dios) Ntese que la primera palabra es talento. (Piense en grande, Dr. Ben Carson, Pg. 133)

CMO ALCANZAR EL XITO!

SI RECONOCES TUS TALENTOS

LOS USAS ADECUADAMENTE

Y ELIGES UN CAMPO QUE LOS REQUIERA

ESTARAS ENTRE LOS MEJORES EN TU CAMPO


TALENTO

La hidrulica es la ciencia que estudia el comportamiento de los fluidos en equilibrio (esttica) o en movimiento acelerado (dinmica), mediante principios de la mecnica general.

HIDRAULICA

PRINCIPIOS O LEYES EN QUE SE BASA LA HIDRULICA:

Ley de Conservacin de la Masa.

Segunda Ley de Newton (Ecuacin de cantidad de movimiento y momento de la cantidad de movimiento)

Primera Ley de la Termodinmica (Conservacin de energa).

Segunda ley de la Termodinmica (Entropa).

Leyes inherentes a las propiedades de los fluidos

Con las leyes que resultan, se est en la posibilidad de explicar los fenmenos observados y predecir de manera aproximada el comportamiento de los fluidos bajo una serie de condiciones.

Las leyes se obtienen mediante el anlisis matemtico y la experimentacin.

LOS FLUIDOS Y SUS PROPIEDADES

Los parmetros que rigen los fenmenos de la fsica se expresan mediante magnitudes, como la presin, viscosidad, etc.

Estas magnitudes (medidas) es preciso expresarlo, uniformemente, dentro de un sistema de unidades.

SISTEMAS DE UNIDADES

Para el curso de hidrulica slo tres MAGNITUDES y UNIDADES FUNDAMENTALES son necesarias: LMT LFT.

Las restantes magnitudes se denominan MAGNITUDES DERIVADAS y se expresan en funcin de las UNIDADES FUNDAMENTALES.


Los dos Sistemas de Unidades ms utilizados son:

1) SISTEMA INTERNACIONAL (SI):Se le conoce como el SISTEMA ABSOLUTO SISTEMA CIENTFICO INTERNACIONAL.

Las magnitudes fundamentales son: L,M,T. Es un sistema msico, porque la masa en l es fundamental mientras que la fuerza es una magnitud derivada.


Para expresar la FUERZA en el S.I.

= . ( Segunda ley de Newton)

N = 1 .

2 (N: Newton; Kg: Kilogramo-masa)

Para expresar la PRESIN en el S.I.

=

1 =

2=

.2 ( Pa : Pascal)

1 = 105

SISTEMA INTERNACIONAL

2) EL SISTEMA TCNICO (ST): O Sistema Gravitacional. Sus dimensiones o magnitudes fundamentales son: L,F,T.

Unidades fundamentales: Kilogramo fuerza (Kg-f)

Metro (m)

Segundo (s)

Es el ms utilizado en los problemas de ingeniera, a pesar de que el peso de un cuerpo representa una fuerza que vara de un lugar a otro de acuerdo a la aceleracin de la gravedad.

SISTEMA TCNICO

Para expresar la MASA en el S.T.

=

1 UTM =

/2 donde UTM Unidad Tcnica de Masa

Para expresar la PRESIN en el S.T.

=

2

SISTEMA TCNICO

RESUMEN DE LAS PRINCIPALES SISTEMAS DE UNIDADES:

SISTEMA TCNICO

SISTEMA LONGITUD MASA TIEMPO FUERZA TEMPERATURA

SISTEMA ABSOLUTO S.I.

m Kg s =

.

2

SISTEMA GRAVITACIONAL S.T.

m UTM . 2

s Kgf

ABSOLUTO INGLES

pie Lbm s =

.

2

GRAVITACIONAL INGLES

pie Slug . 2

s lbf

DEFINICIN:

Es una sustancia que carece de forma propia debido a su poca cohesin intermolecular y adopta la forma del recipiente que lo contiene

LOS FLUIDOS

LOS FLUIDOS

OTRA DEFINICIN:

Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante, sin importar que tan pequea sea este esfuerzo cortante. Un esfuerzo cortante es la componente de fuerza tangente a una superficie, dividida por el rea de la superficie.

(Libro de Streeter, Mecnica de Fluidos, Pg 3)

CLASIFICACIN DE LOS FLUIDOS

Se clasifican en: A) LOS LIQUIDOS: Son

prcticamente incompresibles, ocupan un volumen determinado , adoptando la forma del recipiente que lo contiene , permanece quieto con una superficie libre horizontal.


B) LOS GASES : A una presin y temperatura determinado ocupan un volumen determinado, pero puestos en libertad se expanden hasta ocupar el volumen completo del recipiente que lo contiene, y no presentan superficie libre

Los lquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen pero no de forma ; y los gases ofrecen poca resistencia al cambio de forma y volumen.


Por los tanto el comportamiento de los lquidos y gases es anlogo en conductos cerrados (tuberas) pero no en conductos abiertos (canales).


a) Si el fluido se encuentra en reposo en su interior no puede existir fuerzas tangenciales a superficie alguna.

b) Los fluidos ofrecen una resistencia a la rapidez de deformacin, cuando se someten a un esfuerzo tangencial. Esta resistencia se llama VISCOSIDAD.

Los esfuerzos tangenciales que se producen no dependen de las deformaciones que experimenta, sino de la de la rapidez con que estas se producen.

Caracteristicas de los fluidos

En los fluidos llamados NEWTONIANOS el esfuerzo tangencial es directamente proporcional a la rapidez de la deformacin angular o partir de valores cero iniciales. Por ejemplo el agua, el aire y algunos aceites.


Los fluidos llamados NO NEWTONIANOS la variacin entre los esfuerzos tangencial y la rapidez de la deformacin angular no es lineal, pues depende del tiempo de exposicin al esfuerzo (agitacin) y de la magnitud del mismo. Por ejemplo, el betn, los compuestos de celulosa, las colas y grasas, pinturas de aceite, jabones, gomas, alquitrn, etc.


FUERZAS EN EL INTERIOR DE UN FLUIDO

Una porcin de un fluido en movimiento se asla idealmente El medio que rodea al VC, se generan fuerzas de diferente magnitud y direccin, distribuidas sobre toda la SC, llamadas fuerzas de superficie. Sobre la SC se considera un elemento de rea A, que encierra al punto P y sobre la cual acta la fuerza de superficie F.

Una porcin de un fluido en movimiento se asla idealmente

x y

z

F A

A SC

VC P

FUERZAS EN EL INTERIOR DE UN FLUIDO

La fuerza F en P podr descomponerse en dos fuerzas Fn. Fuerza normal que genera un esfuerzo normal . + . Tensin - ... Compresin Ft Fuerza tangencial que genera un esfuerzo tangencial .

La fuerza F en P podr descomponerse en dos componentes

Fn F

Ft A

P

PRESIN

Para que exista presin, la fuerza de superficie F, debe ser normal al elemento de rea, y para que exista esto hay dos circunstancias: a) Cuando el fluido est en reposo

(situacin real).

b) Estando el fluido en movimiento se asume Ft = 0 (hiptesis de lquido ideal)

PRESION

La presin en un punto es una magnitud escalar y, por lo tanto, es invariante cualquiera que sea la orientacin del elemento de superficie. Queda definida como el cociente de dos escalares FUERZA sobre REA.

PRESION RELATIVA Y PRESION ABSOLUTA

Pab Pab

Pr. - positiva

Pr. - negativa

P atm.local

Cero Absoluto (vaco total)

DENSIDAD, PESO ESPECFICO Y GRAVEDAD ESPECFICA

LA DENSIDAD () representa la masa de un fluido contenido en una unidad de volumen.

2

4

Unidades en el Sistema Tcnico:

EL PESO ESPECIFICO () : Representa el peso de un fluido por unidad de volunen.

=

Unidades en el Sistema Tcnico:

=

= .

=

El peso especfico para el agua potable y el mercurio se toma como referencia

Kg seg2/ m4 Densidad

agua

agua

Peso especifico Kg / m3

aire

aire

Densidad

Kg seg2/ m4

Peso especifico Kg / m3

La Gravedad Especfica (g.e.). Tambin se conoce cmo peso especfico relativo densidad relativa; se define como la relacin entre la densidad (o el peso especfico) de un lquido cualquiera y la densidad (o el peso especfico) del agua.

DEFINICIN:

La viscosidad de un fluido es una mediad de su resistencia a fluir o a ser deformados, como resultado de la cohesin de sus molculas.

LA VISCOSIDAD

OTRA DEFINICIN:

La viscosidad es aquella propiedad mediante el cual ste ofrece resistencia al esfuerzo cortante.

el esfuerzo cortante es directamente proporcional a la viscosidad.

(Libro de Streeter, Mecnica de Fluidos, Pg 8)

LA VISCOSIDAD

LA VISCOSIDAD

. Esfuerzo tangencial

. Gradiente de la velocidad

. Viscosidad dinmica

LA VISCOSIDAD

VISCOSIDAD DINMICA ():

En el S.I. la unidad es

2 pascal-seg:

La unidad c.g.s para la viscosidad dinmica es el poise:

1 = 1

= 1

2

En el S.T. la unidad es

2

1

2= 98.0665

LA VISCOSIDAD

VISCOSIDAD CINEMTICA ():

=

En el S.I. y en el S.T. la unidad es el 2

:

La unidad c.g.s para la viscosidad cinemtica es el stoke (st):

1 = 12

= 1 104

2

x 10-4 x 10-6

10-6 10-6

Es una medida del cambio de volumen y por lo tanto de su densidad.

Se define como el cambio de presin dividido entre el cambio asociado al volumen (o densidad) por unidad de volumen (o densidad)

COMPRESIBILIDAD

.,.,-- x 108 x 104

Todos los lquidos tienden a evaporarse en la inmediata vecindad de la superficie libre.

De la misma manera algunas de las molculas libres regresan al liquido, y pueden alcanzar un equilibrio cuando es igual el nmero de las que salen y las que regresan

PRESIN DE VAPOR, CAVITACIN

Las molculas que dejan el lquido dan lugar a la presin de vapor (Pv) que depende de la temperatura.

La presin del medio se llama presin existente (Pe).

Cuando la Pe = Pv, el liquido hierve y esta temperatura se denomina TEMPERATURA DE EBULLICIN


LA CAVITACIN, se presenta en conductos cerrados de paso de agua, cuando hay un estrechamiento disminuyendo considerablemente la Pe, acercndose a la Pv, y es cuando se desprenden burbujas de vapor (Zona A).

Estas burbujas de vapor son arrastradas a la Zona B donde la Pe es mayor entonces se produce la implosin.


<

TENSIN SUPERFICIAL, CAPILARIDAD

Se define como TENSIN SUPERFICIAL (), al trabajo que debe realizarse para elevar molculas en nmero suficiente del interior hasta la superficie libre para crear una nueva unidad de rea.


=

=

Debido a la tensin superficial


Fuerza de la presin relativa positiva (EXTERNA)

Fuerza de la presin dentro de la gota de agua o chorro delgado (INTERNA)

Ntese cuando menor es el radio mayor es la presin

Debido a la tensin superficial, cuando un tubo de pequeo dimetro se sumerge en el agua, el agua moja el tubo porque la adhesin agua-tubo es mayor es mayor que la cohesin del agua; y el agua asciende una altura h



Calcular la altura aproximada a la que asciende el agua en un tubo capilar de dimetro D en contacto con la atmosfera.

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