RESUMEN HIDRÁULICA Capitulo N°1
La Hidráulica es una rama de la Física que se relaciona con el estudio de las propiedades propiedades mecánicas de los fluidos. La Hidráulica es la ciencia que estudia el comportamiento, utilización y manejo de los líquidos, en especial del agua. El tornillo de Arquímedes es una maquina inventada en el siglo III a.d.C para la elevación de agua, harina o cereales. Se basa en girar un tornillo dentro de un cilindro hueco, situado sobre un plano inclinado, y que permite elevar el agua situada por debajo del eje de giro. Algunos personajes históricos son : Fundador hidrostática ( Arquímedes ); Pascal (Principio de Pascal); Bernoulli (Teorema de Bernoulli); William Froud (Numero de Froud); Robert Manning (Formula de Manning); Osborne Reynolds (Numero de Reynolds) La mecánica de Fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos que describe el reposo y movimiento de fluidos ( gases y liquidos) La hidrología analiza el comportamiento del agua en la naturaleza, en las diversas fases del ciclo hidrológico. Hidrogeología se ocupa de las aguas subterráneas Hidrografía se ocupa de la descripción y estudio sistematico de los diferentes cuerpo de agua planetarios Oceanografía, que estudia todos los procesos físicos, químicos y biológicos que se dan en el mar y en los océanos. Estados de la Materia
Solido: tienen forma y volumen definid Fluido: No tienen forma Propia, adaptable a un recipiente IncompresibleLiquido (Volumen definido, son incompresibles, masa, volumen no cambian) ; Compresibles Gas (volumen indefinido, baja densidad, son compresibles) Fluido: estado de la materia que debido a su baja cohesión intermolecular carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene, dependiendo de su viscosidad fluyen a mayor o menor velocidad. La Densidad
Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. La densidad de una sustancia varia con la Temperatura y la Presion. ρ
= Masa (m) / Volumen (V)
Donde:
ρ
m : masa de la sustancia, [Kg]
V : volumen de la sustancia, sustancia, [m3]
: densidad de la sustancia [Kg/m 3]
La densidad depende solamente del tipo de material de que esta constituido y no de la forma ni del tamaño de aquel. Mientras más denso es un cuerpo, mas cantidad de moléculas entran por m³ Si un cuerpo pequeño que es mucho mas pesado que otro mas grande, es también mucho mas denso. DENSIDAD ABSOLUTA: ρ = Masa (m) / Volumen (V) DENSIDAD RELATIVA: Expresa la relación entre la densidad de una sustancia y la densidad del agua, resultando una magnitud adimensional (DR = ρr = ρ / ρh2o) La densidad del agua tiene un valor de 1kg/Lt. ( a las condiciones de 1 atm y 4°C) equivalente a 1000 Kg/m³ Peso y Peso Específico
Peso : W=mg, donde: W: Peso (Kg m/seg² =Newton) m : Masa (Kg) g : Aceleracion de gravedad: 9,81 m/seg² Peso especifico: = Peso (W) / Volumen (V) En el Agua: ( h20 = 9.810 N/m3 10.000 N/m3) La relación entre peso especifico y densidad es la misma que la existente entre peso y masa : = ρ•g Diferencia entre Densidad y Peso Especifico
La densidad es la misma en cualquier lugar del universo El peso de un cuerpo depende del lugar donde lo pongas La Presión
Fuerza que actúa por unidad de superficie P = Fuerza (F) / Área (A) P: presión ejercida sobre la superficie, N/m 2 (1Pa =1N/m2) F: fuerza perpendicular a la superficie, N A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m 2 La presión total ejercida sobre un fluido (liquido), depende únicamente de la profundidad, ya que la densidad, la gravedad y la presión atmosférica son constantes, por esto se dice que la presión ejercida a un fluido, es la misma en todas las partes del fluido. (Principio de Pascal) La Viscosidad
Resistencia que ofrece un flujo al movimiento relativo de sus moléculas La viscosidad de un liquido disminuye al aumentar la T° y aumenta al crecer la presión. Un fluido que no tiene viscosidad se llama FLUIDO IDEAL. La Temperatura
Influye en la transformación del estado de los fluidos Cambios en la temperatura de un fluido, afectan su densidad y presión A mayor temperatura disminuye la viscosidad de un liquido
Los liquidos generalmente se expanden cuando se incrementa su temperatura y se comprimen cuando se enfrían. Propiedades de Fluidos
Un fluido incompresible es cualquier fluido cuya densidad siempre permanece constante con el tiempo, con esto la masa y el volumen del fluido no cambian Un fluido con muchas moléculas bien juntas unas con otras, tiene una densidad alta, en caso contrario, con pocas moléculas y separadas su densidad es mas baja. El agua tiene una densidad mucho mas alta que el aire. Los gases son compresibles, pueden expandirse para llenar un nuevo volumen. Si la presión o la temperatura de un fluido cambia, su densidad generalmente también cambian (a menos que se trate de un fluido incompresible) La densidad del aire en un dia caluroso es mas baja que en un dia frio A grandes alturas, donde la presión es mas baja, también la densidad del aire también es mas baja. Los Liquidos
Estado de la materia cuyo volumen es constante en condiciones de temperatura y presión constante y su forma es definida por su contenedor Un liquido ejerce presión en el contenedor con igual magnitud hacia todos los lados. Si un liquido se encuentra en reposo, la presión que ejerce esta dada por: P = ρ•g•z ρ es la densidad del líquido y z es la profundidad medida desde la superficie del líquido. Generalmente se expanden cuando se incrementa su T° y se comprimen cuando se enfrían Los objetos inmersos en algún liquido son sujetos a un fenómeno conocido como flotabilidad. Componentes de la mecánica de fluidos
La estatica estudia los fluidos en reposo y la dinámica estudia las fuerzas que producen el movimiento de los fluidos.
Capitulo N°2 Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes y fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en el. En fluidos en reposo, esta presión provoca una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido. Un cuerpo totalmente sumergido tiene todo los puntos de su superficie externa sometidos a presión hidrostática. El cuerpo trabajara únicamente a compresión. Variacion de la Presion con la Profundidad: Asi como la presión atmosférica disminuye con la altura, es de esperar que la presión en el interior de un liquido, aumente con la profundidad Teorema General de la Hidrostatica : P = Patm + ρ•g•h
a mayor profundidad, mayor presión P: Presion Absoluta P-PATM : Presion Manometrica La diferencia de presion entre dos puntos de un mismo liquido es igual al producto del peso especifico del liquido por la diferencia de niveles: P 2-P1=γ(h2-h1)
Superficie Plana paralela con respecto a la superficie libre, sumergida a una profundidad H. La presion en todos los puntos de esa superficie es la misma, es decir es uniforme. PA=PG=ρ • g • h Cuando la presion es uniforme sobre una superficie plana, el empuje tiene un valor igual a la intensidad de la presion en cualquier punto, multiplicado por la superficie. El empuje queda representado por un vector normal a la superficie, que pasa por el centro de la gravedad. PRINCIPIO DE ARQUIMEDES
un objeto total o parcialmente sumergido en un fluido estatico e incompresible, sera empujado con una fuerza igual al peso del volumen de liquido desplazado por dicho objeto. Se genera un empuje hidrostatico resultante de las presiones sobre la superficie del cuerpo que actua siempre hacia arriba a traves del centro de gravedad del cuerpo y de valor igual al peso del liquido desplazado Todo cuerpo parcial o totalmente sumergido en un liquido, recibe un empuje ascendente igual al peso del liquido desplazado por el cuerpo. E=WL=mLg=ρLVLg Donde E : empuje hidrostático, (N; Kgf) 3 ρL : densidad del líquido, (kg/m ) VL : volumen del líquido desalojado por el cuerpo, (m 3) PESO APARENTE
El empuje o fuerza que ejerce el liquido sobre un cuerpo, en forma vertical y ascendente, cuando esta sumergido, resulta ser también la diferencia entre el peso que tiene el cuerpo suspendido en el aire y el peso que tiene el mismo cuando está sumergido en el liquido.
P ap = W – E
Pap : peso aparente, (N; Kgf)
W : peso real del cuerpo, (N; Kgf)
E : empuje hidrostático que recibe el cuerpo, (N; Kgf) Flotacion de un Barco
Pues bien, el mismo está diseñado de tal manera para que la parte sumergida desplace un volumen de agua igual al peso del barco, a la vez, el barco es hueco (no macizo), por lo que se logra una densidad media pequeña.
El exterior del barco está fabricado con materiales mucho más densos que el agua de mar; sin embargo, el volumen total del barco es mayoritariamente aire. Si hacemos media para obtener la densidad total del barco, obtendremos una densidad mucho menor que la del agua, de modo que parte del barco se mantiene fuera del agua. Principios de la Hidrostatica
La presión a la misma profundidad en un liquido en equilibrio es la misma, independientemente de la calidad de fluido que exista en cada brazo.
