FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA. MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL.

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA. MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL

ESCUELA DE MINAS

MANUAL DE HIDRÁULICA

TERCER SEMESTRE

Por:  Ing. Fernando Tapia I.

Año 2006

CONTENIDO

____________________ PARTE UNO ____________________

PRINCIPIOS DE LA

MECANICA DE FLUIDOS

CAPITULO I:        PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

1.1        BREVE RESEÑA DEL DESARROLLO DE LA MECANICA DE FLUIDOS

La mecánica de fluidos es la ciencia que estudia las leyes de reposo y movimiento de los líquidos y los métodos de su aplicación en las diferentes ramas de la ingeniería.  Su adelanto está ligado inseparablemente con la historia del desarrollo de la técnica y, en particular, de la hidrotecnia.

La primera ley hidráulica sobre la acción del líquido en un cuerpo sumergido en éste (la ley de flotación de los cuerpos), fue formulada por Arquímedes 250 años antes de nuestra era.

Galileo Galilei, en el año 1612, formuló en su trabajo "Razonamientos sobre los cuerpos que se encuentran en el agua y sobre los que se mueven en ésta", las condiciones de equilibrio del líquido y confirmó teóricamente la justeza de la ley de Arquímedes sobre la flotación de los cuerpos.  En 1643, Torichelli propuso la fórmula para determinar la velocidad de salida del líquido ideal por un orificio.  En 1653, Pascal formuló la ley sobre la transmisión de la presión exterior por el líquido, esta ley sirve hasta la actualidad de base para el diseño de las máquinas hidráulicas (elevadores hidráulicos, prensas, frenos, etc.).  Newton, en 1686, formuló la noción de la viscosidad del líquido y propuso la hipótesis sobre la ley del rozamiento interior en un líquido en movimiento.

La aplicación de las bases teóricas de la hidráulica a la ingeniería está relacionada con los trabajos de los científicos franceses:  Chézy (circulación del agua en canales y tuberías), Dubois (cálculo de vertederos y la filtración), Darcy (movimiento a presión en tuberías), Venturi (salida del líquido por agujeros y boquillas), Bazin (cálculo de vertederos), Reynolds (regímenes laminar y turbulento de movimiento del líquido).

El desarrollo teórico de la hidráulica como ciencia, también está ligada con la actividad de Mijail Vasílevich Lomonósov (principio general de conservación de la energía) y de los miembros de la Academia de ciencias de Petersburgo, Daniel Bernoulli (ecuación de Bernoulli) y Leonardo Euler (ecuaciones diferenciales del equilibrio y movimiento del líquido ideal).  La ecuación de Bernoulli se utiliza ampliamente en la hidráulica para los cálculos prácticos de obras hidrotécnicas, máquinas hidráulicas, tuberías y sus elementos.

1.2        UNIDADES DE MAGNITUDES PRINCIPALES

Para juzgar sobre el valor de cualquier magnitud (dimensiones de un cuerpo, velocidad, fuerza, trabajo o potencia) es necesario medirla, es decir, compararla con otra magnitud análoga, pero conocida de antemano, comparación que permite relacionar y cuantificar la magnitud en análisis.

Los números abstractos (adimensionales) no dicen nada sobre el valor de una magnitud física. ¿Qué es mayor 2 ó 500?  Es imposible responder a esta pregunta, porque no se sabe de qué magnitud se trata y en qué unidades se dan sus valores,  no hay escala.  La respuesta será exacta si se dice que 2 km es más que 500 cm.  Todo se pone en orden introduciendo un sistema estrictamente determinado de unidades de magnitudes físicas, siendo necesario fijar las unidades de sólo ciertas magnitudes básicas.  Las unidades de todas las demás magnitudes son derivadas, obtenidas a partir de las básicas.

Actualmente se emplea el Sistema Internacional de Unidades (SI), adoptado en el año 1960, por la Conferencia General de Pesas y Medidas.  Este sistema se basa en el Sistema Métrico y consta de siete unidades básicas, dos complementarias (tabla 1.1) y una serie de derivadas (tabla 1.2).  Las unidades derivadas del sistema SI están formadas a partir de combinaciones de unidades básicas, suplementarias o ambas de acuerdo con las relaciones algebraicas preestablecidas entre las correspondientes magnitudes físicas.

Para expresar grandes y pequeños valores de las magnitudes físicas se emplean los prefijos y multiplicadores expuestos en la tabla 1.3; con su ayuda se forman unidades sin dígitos significativos o decimales fraccionales.

Los nombres de las unidades y de los prefijos se escriben con minúsculas, excepto aquellas designaciones, cuyas denominaciones están formadas por apellidos de científicos, para esos casos se acostumbra a  escribir con mayúsculas,  por  ejemplo, la unidad de  fuerza newton (N)  es la fuerza que le comunica a un cuerpo de 1 kg de masa una aceleración de 1 m/s2 en el sentido de la acción de la fuerza; la unidad de presión pascal (Pa) es la presión provocada por la fuerza de 1 N, distribuida uniformemente sobre la superficie de 1 m2 de área.

Los símbolos de laS unidades y de los prefijos son inalterables, no debe agregarse "s" para formular plurales y no se coloca al final del símbolo el punto, excepto cuando se trata del final de la frase.

En SI se utiliza el punto para indicar multiplicación, la raya diagonal para división y la coma como signo decimal.

Tabla No. 1.1

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