UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORFacultad de Ingeniera, Ciencias Fsicas y MatemticaCarrera de Ingeniera Civil

Tema: Consulta 1.- Hidrulica y Propiedades de los Fluidos.

1. Definicin de Hidrulica

Hidrulica es una es una de las principales ramas de la Ingeniera Civil que trata los problemas relacionados con la utilizacin y el manejo de los fluidos, principalmente el agua. Esta disciplina se avoca, en general, a la solucin de problemas tales como, el flujo de lquidos en tuberas, ros y canales y a las fuerzas desarrolladas por lquidos confinados en depsitos naturales, tales como lagos, lagunas, estuarios, etc., o artificiales, como tanques, pilas y vasos de almacenamiento, en general. El desarrollo de la hidrulica se ha basado principalmente en los conocimientos empricos transmitidos a travs de generaciones y en la aplicacin sistemtica de ciencias, principalmente Matemticas y Fsica. Una de estas ciencias, es la Mecnica de los Fluidos, que proporciona las bases tericas en que descansa la hidrulica.1.1. Fluido

Un fluido es un medio material continuo, deformable, desprovisto de rigidez, capaz de fluir, es decir de sufrir grandes variaciones de fuerzas bajo la accin de fuerzas. Los fluidos pueden clasificarse en: Lquidos Gases Las propiedades de los fluidos dependen de la presin y de la temperatura. En el caso de los lquidos, algunas propiedades como la densidad, no varan apreciablemente con la presin. Es por eso que se llaman fluidos incompresibles. 1.2. Conceptos Fsicos ImportantesFuerza.- Es la causa que produzca un cambio de direccin velocidad Presin.- Es la fuerza ejercida en un rea determinada Trabajo.- Es la fuerza necesaria para desplazar un elemento en una distancia determinadaFlujo.- Es el movimiento del liquidoCaudal.- Es volumen desplazado en una unidad de tiempo rea.- Es la superficie largo X anchoVolumen.- Un rea por una altura2. Propiedades de los Fluidos

2.1. MasaEs una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo.[1] Es una propiedad extrnseca de los cuerpos que determina la medida de la masa inercial y de la masa gravitacional. La unidad utilizada para medir la masa en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una magnitud escalar.

2.2. PesoEs una medida de la fuerza gravitatoria que acta sobre un objeto. El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la accin del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. Por ser una fuerza, el peso se representa como un vector, definido por su mdulo, direccin y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra. Las unidades en el Sistema Internacional es el Newton.

2.3. ViscosidadExpresa la facilidad que tiene un fluido para desplazarse cuando se le aplica una fuerza externa. Es posible predecir la viscosidad de muchos fluidos, el alquitrn es ms viscoso que el agua, y a su vez, los gases son mucho menos viscosos que los lquidos.

2.3.1. Viscosidad absoluta o dinmica () El coeficiente de viscosidad absoluta es una medida de su resistencia al deslizamiento o a sufrir deformaciones internas. La unidad de la viscosidad absoluta o dinmica en el sistema internacional (SI) es el pascal por segundo (Pas) o tambin Newton por segundo partido por metro cuadrado (Ns/m2), es decir kilogramo partido por metro segundo (kg/ms). Esta unidad se conoce como Poise. Uno de los submltiplos ms utilizados es el centipoise (cP), 10-2 poises, es la unidad ms utilizada para expresar la viscosidad cinemtica de un fluido.2.3.2. Viscosidad cinemtica Es el cociente entre la viscosidad dinmica y la densidad, y se suele usar la letra griega v En el sistema internacional (SI) la unidad de viscosidad cinemtica es el metro cuadrado por segundo (m2/s). La unidad CGS correspondiente para esta magnitud es el Stokes, con dimensiones de centmetro cuadrado por segundo, y su mltiplo ms utilizado es el centistoke (cSt).

2.4. Peso EspecificoEl peso especfico de una sustancia es su peso (W) por unidad de volumen (v); En los lquidos el peso especfico se puede considerar constante para las variaciones ordinarias de presin. = W/v= mg/vEn los gases, la densidad pueden calcularse mediante la ecuacin de estado de losGases (ley del gas perfecto).

pvS = RT

Donde p es la presin absoluta, vS es el volumen especfico o sea el volumen ocupado por la unidad de peso (o cuando corresponda, el volumen ocupado por la unidad de masa) igual al recproco del peso especfico (o igual al recproco de la densidad segn corresponda), T la temperatura en grados Kelvin (K = C + 273) y R la constante del gas considerado.

Siendo: =1 / vSLa ecuacin anterior puede escribirse:p = RTDnde:R = Ro/(m g)= Constante universal de los gases / Peso molecular

2.5. DensidadLa densidad () de un fluido se define como su masa (m) por unidad de volumen. El peso (W) cambia segn el lugar, dependiendo de la aceleracin de la gravedad (g).

2.5.1. Masa especfica o densidad absolutaLa masa especfica o densidad absoluta de una sustancia, es expresada por la masa de la unidad del volumen de esa sustancia.

2.5.2. Densidad relativaLa densidad relativa de una sustancia (tambin conocida como gravedad especfica) es un nmero adimensional que viene dado por la relacin del peso de la sustancia al peso de un volumen igual al de una sustancia que se toma como referencia.

Los slidos y lquidos se refieren al agua (a 20 C segn R. V. Giles, y a 4 C segn otros autores), mientras que los gases se refieren al aire, libre de dixido de carbono e hidrgeno (a 0 C y 1 atm. de presin).

2.6. Tensin SuperficialUna molcula en el interior de un lquido est sometida a la accin de fuerzas atractivas en todas las direcciones, siendo la resultante nula.- Pero si la molcula est en la superficie del lquido, sufre la accin de un conjunto de fuerzas de cohesin, cuya resultante es perpendicular a la superficie.- De aqu que sea necesario consumir cierto trabajo para mover las molculas hacia la superficie venciendo la resistencia de estas fuerzas, por lo que las molculas superficiales tienen ms energa que las interiores.

La tensin superficial de un lquido es el trabajo que debe realizarse para llevar molculas en nmero suficiente desde el interior del lquido hasta la superficie para crear una nueva unidad de superficie (Julios/m2 o Kp/m).- Este trabajo es numricamente igual a la fuerza tangencial de contraccin que actuar sobre una lnea hipottica de longitud unidad situada en la superficie (esta definicin conduce a la unidades N/m Kp/m). El valor de la tensin superficial del agua en contacto con aire es 0.0756 N/m 0.0077 Kp/m a 0C.

En la mayora de los problemas presentados en la mecnica de fluidos elementales, la tensin superficial no es de particular importancia.

2.7. CapilaridadLa elevacin o descenso de un lquido en un tubo capilar (o en situaciones fsicas anlogas, tales como en medios porosos) viene producida por la tensin superficial, dependiendo de las magnitudes relativas de la cohesin del lquido y de la adhesin del lquido a las paredes del tubo. Los lquidos ascienden en los lquidos que mojan (adhesin > cohesin) yDesciende en los lquidos que no mojan (cohesin > adhesin).

La capilaridad tiene importancia en tubos de dimetros aproximadamente menoresDe 10 mm.

2.8. PresinLa presin viene expresada por una fuerza dividida por una superficie. En general:p = dF/dALa presin de un fluido se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y acta normalmente a cualquier superficie plana. En un mismo plano horizontal, el valor de la presin en un lquido es igual en cualquier punto.

La presin manomtrica representa el valor de la presin con relacin a la presinAtmosfrica.

La diferencia de presiones entre dos puntos a distintos niveles en un lquido vieneDada por:

p2 p1 = (h2 h1)

Donde es el peso especfico del lquido y h2 h1 es la diferencia en elevacin.

Las variaciones de presin en un fluido compresible son, por lo general, muy pequeas ya que los pesos especficos son pequeos, como tambin lo son las diferencias en elevacin consideradas en la mayora de los clculos.

Cuando se han de tener en cuenta para pequeas diferencias de elevacin dh , la ley de variacin de la presin puede escribirse en la forma : dp = dh

El signo negativo indica que la presin disminuye al aumentar la altitud, con h positivo hacia arriba.

2.8.1. Presin de VaporCuando tiene lugar la evaporacin dentro de un lugar cerrado, la presin parcial a que dan lugar las molculas de vapor se llama presin de vapor.- Las presiones de vapor dependen de la temperatura, aumentando con ella. Cuando un lquido se le disminuye la presin a la que est sometido hasta llegar a un nivel en el que comienza a bullir, se dice que ha alcanzado la presin de vapor. Esta presin depende de la temperatura. As por ejemplo, para el agua a 100C, la presin es de aproximadamente de 1 bar, queEquivale a una atmsfera normal.

BIBLIOGRAFIA:

Dr. Jess Alberto Rodrguez Castro (2011). Apuntes de Hidrulica Bsica.PDF. Recuperado de:http://hidraulica.umich.mx/bperez/HIDRAULICA-BASICA.pdf

Mataix, Claudio. Mecnica de fluidos y mquinas hidrulicas. Mecnica de fluidos y mquinas hidrulicas. s.l. : Ediciones del Castillo S.A., 1996, pgs. 5-7.