CONCEPTO
E
IMPORTANCIA
DEL
ESTUDIO
DE
LA
HIDRAULICA
Y
SU
DIVISION
La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; su estudio es importante ya que nos posibilita analizar las leyes que rigen el movimiento de los liquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. También, mediante el cálculo matemático, el diseño de modelos que a pequeña escala y la experimentación con ellos, es posible determinar las características de construcción que deben de tener presas, puertos, canales, tuberías y maquinas hidráulicas como el gato y la prensa. Se divide en dos partes, como ya señalamos, la Hidrostática tiene por objetivo estudiar los líquidos en reposo,
se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, Pascal y la paradoja hidrostática de Stevin, mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos y al estudio de sus características generales. La Hidrodinámica estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. Para ello considera, entre otras cosas: la velocidad, la presión, el flujo y el gasto liquido.
CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS: VISCOSIDAD, TENSION SUPERFICIAL, COHESION, ADHERENCIA Y CAPILARIDAD.
Viscosidad. Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando un líquido fluye. Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone un liquido al fluir. Cohesión Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia, Por la fuerza de cohesión. Si dos gotas de agua se juntan forman una sola; lo mismo sucede con dos gotas de mercurio. Adherencia. La adherencia es la fuerza de atracción que se mantifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto, comúnmente las sustancias liquidas se adhieren a los cuerpos sólidos. Capilaridad. La capilaridad se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares. DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO La densidad p de una sustancia, también llamada masa especifíca, es una propiedad característica o intensiva de la materia y expresa la masa contenida de dicha sustancia en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa. Pe = P/V PRESION, PRESION HIDROSTATICA, PRESION ATMOSFERICA, PRESION MANOMETRICA Y PRESION ABSOLUTA Presión La presión inica la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. En cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuará en forma perpendicular sobre una superficie . Matemáticamente la presión se expresa por: P=F/A Donde P = Presión en N/m2 = Pascal F = Valor de la fuerza perpendicular a la superficie en newtons (N) A = Area o superficie sobre la que actúa la fuerza en metros cuadrados Presión hidrostática y paradoja hidrostática de Stevin La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes del recipiente que los contiene. Dicha presión actúa en todas direcciones y solo es nula en la superficie libre del líquido. A esta presión se le llama hidrostática Presión Atmosférica. La tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmosfera. El aire, que es una mezcla de 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, la cual es llamada presión atmosférica. Presión
manométrica
y
presión
absoluta
Un líquido contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por su peso soporta la presión atmosférica, la cual se transmite uniformemente por todo el volumen del líquido. Principio de Arquímedes. Cuando un cuerpo se sumerge en un liquido (recuerda que los líquidos y los gases son fluidos), se observa que dicho fluido ejerce una presión vertical ascendente sobre él. Lo anterior se comprueba al introducir una pelota en agua, la pelota es empujada hacia arriba, por ello, se debe ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantenerlo sumergida. De igual forma, hemos notado que al introducirnos en una alberca sentimos una aparente pérdida de peso debido al empuje recibido por el agua.Principio de Arquímedes.- Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado. E=PeV
HIDRODINAMICA La hidrodinámica es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. Aplicación de la hidrodinámica.
3. El flujo de los líquidos se supone estacionario o de régimen estable. Esto sucede cuando la velocidad de toda partida de un líquido es igual al pasar por el mismo punto . Gasto de un líquido. Cuando un líquido fluye a través de una tubería. Es muy común hablar de su gasto, que por definición es. La relación existente entre el volumen del líquido que fluye por un conducto y el tiempo que tarda en fluir. G=V/t Teorema de Bernoulli y sus aplicaciones
Las aplicaciones de la hidrodinámica en el diseño de canales, puertos, presas, cascos de barcos, hélices, turbinas y conductos en general. Con el objetivo de facilitar el estudio de los líquidos en movimiento, en general se hacen las siguientes suposiciones. 1. Los líquidos son incomprensibles por completo. 2. Se considera despreciable la viscosidad, es decir se supone que los líquidos son ideales y por ello no presentan resistencia al flujo, lo cual posibilita despreciar las pérdidas de energía mecánica producidas por su viscosidad pues, como sabemos durante el movimiento esta genera fuerzas tangenciales entre las diferentes capas de un líquido.
Teorema de Bernoulli El físico suizo Daniel Bernoulli 1700-1782, al estudiar el comportamiento de los líquidos, descubrió que la presión de un líquido que fluye por una tubería es baja si su velocidad es alta y, por lo contrario, es alta si su velocidad es baja. Por tanto, la ley de la conservación de la energía también se cumple cuando los líquidos se encuentran en movimiento. Con base en sus estudios, Bernoulli enuncio el siguiente teorema que lleva su nombre. En un líquido ideal cuyo flujo es estacionario, la suma de las energías cinética, potencial y de presión que tiene el líquido en un punto es igual a la suma de esas energías en otro punto cualquiera
