Modelos hidraulicos

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FUNDAMENTOS DE HIDRAULICA EXPERIMENTAL

Introducción

En mecánica de fluidos el riguroso tratamiento matemático de los problemas, con base exclusivamente en los métodos analíticos, no siempre permite llegar a la solución completa, a menos que se planteen hipótesis simplificatorias que, además de restar generalidad a la solución, pueden llegar a falsear los resultados a tal grado que notengan relación alguna con el comportamiento real del fenómeno. Por otra parte, debido a la variedad de problemas, muchas veces resulta difícil establecer las condiciones de frontera previas a cualquier solución matemática.

En otros casos, las soluciones analíticas se deben plantear de tal manera que no se ignoren los aspectos físicos del fenómeno y que determinados puntos de la respuesta quedensupeditados a la experimentación.

Modelos Hidráulicos

Los modelos hidráulicos han encontrado creciente aplicación para controlar y modificar diseños analíticos de estructuras hidráulicas. Mediante el uso de modelos físicos es posible experimentar a costos relativamente bajos y con economías substanciales de tiempo, hasta obtener condiciones óptimas.

Lo anterior en ningún caso significaque una técnica substituya a la otra. Seria un error suponer que una serie de resultados y de reglas sencillas obtenidas de la investigación experimental supla un tratamiento racional del mismo, pudiendo ocurrir que dichos resultados tuvieran validez solo en el intervalo de valores para el cual se efectuaron las mediciones.
Además, aun cuando fuera posible hacer un estudio exhaustivo del fenómeno,resulta necesario tomar en consideración una serie de factores de índole apreciativa que limitan la extrapolación y generalización de las respuestas.

La adecuada combinación del análisis matemático y la verificación experimental permite superar esos obstáculos, restringiendo la hipótesis a aquellas cuya experiencia y razonamiento físico han mostrado no tener serios efectos sobre lascaracterísticas esenciales del fenómeno.

Mientras el tratamiento empírico recalca el desarrollo algebraico de una formula deducida de la investigaei6n experimental, a menudo con poca justificación física, el análisis racional intenta una solución completa para la función correcta y las constantes numéricas involucradas. Por otra parte, la mecánica de fluidos emplea los principios del análisis dimensionalpara incorporar las variables, que la experiencia ha demostrado como esenciales, en una expresión adimensional básica, sistemática y matemáticamente ordenada; asimismo, toda vez que sea posible se desarrolla, al menos aproximadamente, la interrelación funcional de los diferentes miembros de esta expresión. Por último, 1a investigación experimental suministra las constantes numéricas y laverificación esencial sobre la exactitud del análisis; también trae consigo el estudio de las características del flujo aunadas a las propiedades del fluido y a las condiciones de frontera o geometría del mismo. Así, por ejemplo, el estudio experimental completo del empuje de un flujo sobre un cilindro significaría variar la velocidad V0 y utilizar varios fluidos de distintas características, así comocilindros de diferente diámetro, para determinar el coeficiente de arrastre en cualquier condición imaginable. Una investigación en este sentido representaría un trabajo formidable casi imposible de realizar; sin embargo, una planeación adecuada de las combinaciones de las diversas variables que ocurren en cada problema permite llegar a generalizaciones realmente extraordinarias con el menor esfuerzo,costo y tiempo; muchas veces con una presentación muy simple. Para este caso particular es suficiente estudiar la variación del coeficiente de arrastre, mediante la simple variación del parámetro adimensional -llamado de Reynolds- que involucra todos estos factores, para obtener una relación sencilla.

La técnica seguida para encontrar las combinaciones posibles se apoya en el empleo de...
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