Hidraulica

HIDRÁULICA DE FLUIDOS

INTRODUCCION.

La ingeniería hidráulica es una parte de la ingeniería civil y una de las más complejas y muy importantes. La definición de “ingeniería” en general es la de todos los conocimientos y técnicas que permiten usar el saber científico humano para el aprovechamiento de la materia y energía en favor del hombre. Todo esto se logra mediante el uso de las invenciones o construcciones.

El término hidráulica se relaciona con la aplicación de los principios de la mecánica de fluidos a las estructuras de ingeniería del agua y las obras de ingeniería civil y ambiental, en especial a las estructuras hidráulicas por ejemplo: canales, ríos, presas, plantas de tratamiento de agua.

El factor primordial en el análisis de flujos es la localización de la superficie libre, la cual se desconoce de ante mano. La superficie libre asciende y desciende en respuesta a perturbaciones de flujo por ejemplo: cambios de la pendiente o el ancho del canal. Los principales parámetros en un estudio hidráulico son la geometría del canal por ejemplo: ancho, pendiente, rugosidad. Las propiedades del flujo fluyendo por ejemplo: densidad, viscosidad. Y los parámetros de flujo por ejemplo: velocidad, profundidad de flujo.

En este artículo se muestra algunas aclaraciones, definiciones y ejemplos de hidráulica de fluidos. Debido a que está relacionado con la mecánica de fluidos se utiliza formulas para resolver sus problemas, pero este articulo está compuesto mayormente por sus definiciones.

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS.

Viscosidad de un fluido. “Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los flujos de alta viscosidad presenta una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad ”.

Entendemos por fluido a aquella masa que tiene la capacidad de moverse en cualquier medio sin conservar su forma original. Por ejemplo; las nubes, el agua, el petróleo, en el caso de la ingeniería la mescla de mortero, etc.

Un fluido tiene sus propiedades y una de estas es la viscosidad. Esta es una propiedad que le permite transformarse cuando se le impone una fuerza a la materia y también le permite oponerse a su flujo.

En la viscosidad una materia se transforma en proporción a la velocidad ‘del movimiento de sus moléculas. Entendemos por moléculas a las más pequeña proporción de un elemento, inferior a esto tenemos a los átomos (una molécula está constituida por el conjunto de átomos; una partícula está compuesta por el conjunto de moléculas; un elemento o masa es la unión de partículas). El movimiento de la molécula hace la viscosidad de un fluido; la velocidad de esta mide la viscosidad del fluido.

Por ejemplo: el agua en una tubería tiene una viscosidad baja que le permite circular con facilidad en su circuito pero si fuese en el caso de una tubería de desagüe o alcantarillado las aguas servidas como fluidos presentan una viscosidad más elevada que del agua, teniendo una mayor oposición en el flujo de su recorrido.

En una goma de mascar, la velocidad de las moléculas es mayor a las de una roca, lo que hace que la goma de mascar sea viscosa.

En una roca, la velocidad molecular es muy lenta o mejor dicho es nula, lo que hace que esta sea sólida y no tenga viscosidad.

Existen aparatos u objetos que permiten medir la viscosidad de un elemento como un recipiente llamado “viscosímetro”. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad que se miden con estos recipientes “viscosímetro”, que tiene un orificio de tamaño conocido en el fondo.

La definición de viscosidad nació con newton cuando en su obra “philosophiee naturales. Principia matemático” afirmo que la resistencia ejercida, y que surge a partir de una falta en el deslizamiento de un fluido, si el resto de factores se mantienen, es proporcional a la velocidad a las partes de un fluido son separadas entre sí.

Densidad de un fluido. La densidad es una propiedad de los fluidos, muy importante, que permite en la ingeniería civil calcular la cantidad de fluido en una determinada cantidad de espacio, lo que es muy importante para la resistencia de la construcción.

“La densidad de una sustancia se define como el cociente de su masa entre el volumen que ocupa”.

Por lo tanto la densidad de un fluido es el cociente que existe entre su masa y su volumen, como se muestra en la siguiente fórmula:

p= m/v

(p) sería el valor de la densidad, obtenido de la masa (m) entre el volumen (v) de la capacidad del recipiente que sería la forma que obtiene el fluido.

Densidad del agua:

Según esta curva, la densidad máxima del agua es a 4°C, es decir al estado líquido, ya 0°C, al estado sólido, es menor. Para comprender esta propiedad supóngase que por efecto del calor externo, la masa sólida comienza a fundirse.

En esta transformación, un número relativamente pequeño de moléculas adquiere energía cinética suficiente como para que se rompan sus enlaces de hidrógeno.

Por ejemplo, en un vaso de agua la densidad de este seria la cantidad en litros (por el agua) sobre el volumen de la capacidad del vaso que sería igual al volumen de agua que contiene esta.

En el campo de la ingeniería civil un ejemplo claro seria, en un tanque elevado de agua potable la densidad seria la cantidad de agua entre el volumen del tanque, quedaría en litros/m^3.

“Un líquido, es un conjunto de sustancias que se hallan en relativo desorden aunque guardan entre sí una distancia.

Los líquidos no tienen forma y guardan la forma de cualquier recipiente que lo contiene”.

La ingeniería hidráulica utiliza el líquido para proyectarlos generalmente en muchos parámetros de diseño, como por ejemplo; represas, canales, sistemas de regadíos basados en el flujo de agua , precipitaciones, cuencas hidrográficas, caudales escorrentía, caudal de afloramiento, entre otros parámetros de diseño

Presión de un fluido.“La presión es el concepto físico utilizado para caracterizar la influencia de una fuerza perfectamente distribuida sobre una superficie, por lo que su valor se da en unidades de fuerza por unidad de área, esto es Kg/cm² o libras/pulgada² etc.”

Podríamos decir que todo solido transmite fuerzas mientras se le aplica otra, pero sucede lo contrario con los fluidos ya que estos no traspasan ninguna fuerza cuando interactúa con otra pero

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