Conceptos fundamentales hidraulica

HIDRAULICA I

PRIMERA PARTE – CONCEPTOS FUNDAMENTALES

1. Sistemas de unidades

Básicamente existen dos sistemas para determinar las unidades de medida de los fenómenos físicos: El Sistema gravitacional, en el cual las unidades se miden teniendo en cuenta la Fuerza, Longitud, Tiempo y el Sistema másico, en el cual se tiene en cuanta como unidades de medida la Masa, Longitud y el Tiempo.En la actualidad el sistema unificado de unidades es el sistema Internacional, aunque todavía se utilizan otros sistemas como el CGS y el Ingles. La tabla muestra las unidades utilizadas en los diferentes sistemas:

|UNIDAD |S I |CGS |Ingles |
|Masa |Kg |gr |slug ||Aceleración |m/s² |cm/s² |ft/s² |
|Fuerza |kg m/s² |gr cm/s² |slug ft/s² |
| |Newton |Dinas |Libras |

Sistema Gravitacional:

1 Newton = Fuerza que aplicada sobre un kg m le produce una aceleración de 1 m/s
1 kg f
Sistema másico:1 kg f = Fuerza que aplicada sobre kg m le produce una aceleración de 9.806 m/s2

1 kgf = 9.806 N
1 slug = 31.174 16 lbm
1 slug = 14.54 kg

2. Propiedades de los fluidos

Densidad: Definida como la masa por unidad de volumen

ρ = [pic]

Densidad Relativa: Se define como la densidad de un material referida a la densidad del agua [pic]= 1000 Kg/m3

[pic]

Peso Específico:Definido como el peso por unidad de volumen.

[pic]

Viscosidad: Es una medida de la resistencia a fluir. En los fluidos newtonianos se conoce como la pendiente de la curva, esfuerzo – deformación, es decir, el esfuerzo de corte es proporcional al cambio de la velocidad angular entre las capas de un fluido.

[pic]
( = esfuerzo cortante = F/A

Presión: Es una magnitud escalar, se diceque la presión que ejerce un fluido sobre un cuerpo es la misma en todas las direcciones. En hidráulica es común ver representada la presión en unidades de longitud (metros columna de agua), lo cual indica la presión del fluido dividida por el peso específico del fluido.

[pic]

[pic]

[pic]

Viscosidad cinemática: Definida como la viscosidad del fluido en relación a la densidad del mismo.[pic]
[pic]

En el sistema CGS, la viscosidad tiene unidades de [pic] [pic], y la viscosidad cinemática unidades de Stokes.
[pic]

3. Fuerzas que actúan sobre un fluido:

Longitudes Características: Las propiedades y fenómenos fiscos pueden expresarse por medio de las dimensiones que se manejan para cada una de las magnitudes que se quieren evaluar y unas se pueden expresar enfunción de otras, es así como las áreas se pueden expresar en función de la longitud principal al igual que los volúmenes, por ejemplo:

[pic] . Dimensión principal
Area = [pic] ² El área es una longitud al cuadrado
Volumen =[pic] ³ El volumen es una longitud al cubo.

Las dimensiones principales son entonces: Longitud ([pic]), Tiempo([pic]) y fuerza(F) y de la misma manera pude expresarse:

Fuerza F= m.a , En donde m = ρL³ y a = L/T2 , reemplazando, obtenemos:

[pic]
[pic]

Nota: Q es el caudal del fluido, expresado como la cantidad de fluido de pasa por unidad de tiempo.

Utilizando la notación de las longitudes características, las fuerzas que actúan sobre un fluido se pueden expresar como:

Fuerzas de gravedad

[pic]Fuerzas de presión

[pic]

Fuerzas tangenciales (tensión superficial)

[pic]

Fuerzas de fricción

[pic]

Fuerzas de comprensión

[pic]

[pic]

Las fuerzas que actúan sobre un fluido hacen que exista el escurrimiento (flujo), es decir, que el fluido fluya y en determinadas circunstancias algunas de ellas influirán en diferente medida y describirán el tipo de flujo que se presenta...