hidraulica basica, clase 1

CURSO DE HIDRAULICA BASICA

CLASE 1CERET CHUBUT

ING. HUGO M. CHACON

HIDRÁULICAEs la parte de la ciencia que se especializa en el estudio y aplicaciones practicas de los fluidos.Se divide en:

Hidrostática: fluido en reposo relativos (presiones, recipientes sometidos a presiones, transmisión de presiones) Hidrodinámica: estudia los fluidos en movimientos (conductos, canales, distribución de agua, cañerías, accesorios, bombas)

FLUIDO“Es aquella sustancia que, debido a su poca cohesión intermolecular, carece de forma propia y adopta la forma del recipiente que lo contiene”.Los fluidos se clasifican en líquidos y gases.

SólidosLos sólidos ofrecen gran resistencia al cambio de forma y de volumen.Las moléculas no intercambian posiciones, vibran sin moverse.

LíquidosLos líquidos ofrecen gran resistencia al cambio de volumen pero no de forma

Toma la forma del recipiente que los contiene sin modificar su volumen, no tiene volumen propio. Las moléculas cambian constantemente de posición.

GasesLos gases ofrecen poca resistencia a los cambios de forma y volumen.

Se componen de moléculas alejadas unas de otras, dotadas de enorme agitación o caos, son fácilmente comprimibles.

PlasmaLas grandes presiones provocan la disociación de los átomos y entonces sus elementos se mueven en caos.

Comportamiento de las Sustancias

El comportamiento de los líquidos y gases es análogo en conductos cerrados, pero no en conductos abiertos, porque solo los líquidos son capaces de crear una superficie libre

Materia o sustanciaLos sólidos y líquidos son poco compresibles y los gases muy compresibles.Los gases por debajo de presiones de 100 mm.c.a se pueden considerar incomprensibles.

PESO ESPECIFICO

= W/V (Kg/m³) = [F]/ [L]³

El peso especifico del agua a presión atmosférica a 4°C es

Igual a 1000 Kg/m³.

Tabla de Pesos Específicos

CompresibilidadLey fundamental de la elasticidad “ El esfuerzo unitario es proporcional a la deformación unitaria”

p = - E / p: esfuerzo unitario de compresión, Kg/m²: volumen específico, m³/Kg : incremento de volumen específico m³/KgE: modulo de elasticidad volumétrico Kg/cm²

(21000 Kg/cm² agua dulce de 0 a 20 °C)

“Coef. de Compresibilidad c”

A la reducción de la unidad de volumen de un fluido cuando se ejerce una unidad de presión a una determinada temperatura se lo denomina “Coeficiente de Compresibilidad c” de lo que se deduce que si a un líquido que ocupa un volumen V se lo somete a un incremento de presión Δp, y su volumen se reducirá en ΔV y su coeficiente de compresibilidad será:

c = ΔV/Δp. VSe tomara como unidad de presión el kg’/cm2, por lo que se debe elegir la misma unidad de longitud para expresar el volumen y su incremento, por lo que resultara como unidad de c el cm2/kg’ que considerando un incremento de presión que varíe de 1 a 50 atmósfera a una temperatura de 18 ºC,

Tabla de Coef. de Compresibilidad

ConclusiónEn el caso de los fluidos líquidos tiene un valor muy bajo porque son prácticamente incompresibles.

Presión (Definición y Propiedades)

R = Rn

W

Sup. DeContacto

p = W/A

- El cuerpo está en equilibrio debidoa una fuerza igual y de sentido con-trario que ejerce el suelo y se llamareacción R.

-Si en lugar de un bloque, consideramos que tenemos una vasija que contiene un fluido, sobre el fondo se ejercerá una presión p = W/A-Un cuerpo sólido sometido a una fuerza exterior creciente F1 , mantieneel equilibrio, hasta que la fuerza sobrepase el rozamiento máximo.

PresiónUn cuerpo sólido sometido a una fuerza exterior creciente F1, mantiene el equilibrio, hasta que la fuerza sobrepase el rozamiento máximo.

Reacción

RnR

R1 max F1

W

Vo

PresiónEn cambio, en un fluido sometido a una fuerza Fv, este se pone en movimiento por pequeña que sea la fuerza.

W

Si cortamos el fluido por un plano PI, y sustituimos la parte inferiorpor las fuerzas que se ejercen sobre la parte superior, el cuerpo seguiráen reposo.

PresiónEstas fuerzas elementales son las fuerzas de presión.Por lo que el fluido esta sometido a una fuerza proporcional a la masa que es la fuerza de la gravedad y a una fuerza proporcional a su superficie que es la fuerza de presión.

PresiónPor lo que podemos definir a la presión media.

pm = P/A (Fuerza superficial dividido la superficie de contacto)

Primera Propiedad de la Presión

“La presión en un punto de un fluido en reposo es igual en todas direcciones”

dPn

dPz

dPx

du

Gds

dz dx


Si consideramos un prisma tendremos las siguientes fuerzas:

dPx = px .dz .ldPz = pz . dx .l dPn = pn . ds .l

La fuerza debida a la gravedad será:dW = dx dz l

2


Como el prisma esta en equilibrio: Fx = 0 px dz – pn ds sen Fz = 0 pz dx – pn ds cos

Donde:sen = dz/ds y cos = dx/ds


px dz – pn dz = 0pz dx – pn dx = 0

Por lo que:px = pz = pn

La presión no es un vector, es un escalar. La fuerza de presión ejercida sobre una superficie del mismo fluido o del sólido es la presión media multiplicada por la superficie y es un vector.

Segunda Propiedad de la Presión

“La presión en todos los puntos situados en un mismo plano horizontal en el seno de un fluido en reposo es la misma”

p1 dA1 p2 dA2l

dA2dA1

Segunda Propiedad de la Presión

De la ecuación de equilibrio: p1 dA1 = p2 dA2

Como dA1 = dA2p1 = p2

Tercera Propiedad de la Presión

Reacciones

En un sólido si crece una fuerza tangencial en F1, F2 y F3 el suelo va a reaccionar en R1, R2 y R3, que se puede descomponer en un fuerza normal Rn = W y una tangencial que es el rozamiento.Si F3 > R3, el cuerpo sufre una aceleración que según Newton valdrá: a = g.F/Wa = g (F3 – R3)/W

R’R”R”’

R1R2R3 F1 F2 F3

W

Rn


“En un fluido en reposo la fuerza debida a la presión tiene la dirección normal a la superficie de contacto. Los estados de equilibrios, solo es posible en los sólidos, es imposible en los fluidos.

B

1

3

2

P

A


El rozamiento en los fluidos, es producido por la viscosidad, que no influye en los fluidos en reposo.“La estática de los fluidos reales no se diferencia en nada de la estática del fluido ideal. Los resultados obtenidos en las deducciones matemáticas en estática se verifican exactamente en los fluidos reales”.

Cuarta Propiedad de la Presión

“ La fuerza de la presión en un fluido en reposo se dirige siempre hacia el interior del fluido, es decir, siempre una compresión, jamás una tracción”.

Quinta Propiedad de la Presión

La superficie libre de un liquido en reposo es siempre horizontal

W

Presión AtmosféricaSobre la superficie libre de un líquido reina la presión del gas que se encuentre sobre ella, en el caso de un recipiente cerrado es la presión del gas, en cambio si el recipiente esta abierto la presión que reina es la atmosférica, que la debida al peso de la columna de aire.

Presión AtmosféricaLa presión atmosférica varía con la temperatura y la altitud. A nivel del mar a 0ºC es de 1,033 kg/cm².

Se consideran tres presiones atmosféricas:

Atmósfera Normal: 1,033 Kg/cm²Atmósfera Técnica: 1 Kg/cm²Atmósfera Local y Temporal: Presión atmosférica reinante en el lugar y tiempo determinado.

Unidades de PresiónEcuación de dimensiones

(p) = (F)/(L)²Unidad: Kg/m²Pero como es muy pequeña se utiliza como unidad 1 Kg/cm²También se utilizan:

m.c.a. (metros de columna de agua)mm.c.m (milímetros de columna de mercurio)

Unidades de PresiónLa presión no es una longitud, sino una fuerza partida por una superficie.p =W/A = . V / A = A .h . /A = h .

p = h . Cualquier columna de liquido puede servir como unidad de presión.Las unidades más usadas referidas a líquidos manométricos son:

Metros de columna de aguaMilímetros de columna de agua (ventiladores, medida de admisión de aire en los motores endotérmicos.

Unidades utilizadas para medir presiones

Presión Absoluta y Presión Relativa

No varia la unidad, lo que varia es la escala de cero.Las presiones absolutas se miden con relación al 0 o vació absoluto.La presiones relativas se realizan con relación a la presión de la atmósfera.Los manómetros miden presión relativa, en cambio los barómetros presión atmosférica local.


pa = pr + pbpa = presión absoluta Kg/m²pr = presión relativa Kg/m²pb = presión atmosférica local o presión barométrica Kg/m².

Cuando no se necesita demasiada precisión se puede utilizar:

pa = pr + 1 atm. técnica


Los vacíos se miden en tanto porciento de la presión atmosférica local.El cero absoluto es el 100 x 100 de vacíoLa presión atmosférica local el 0 x 100.

Principio de PascalToda presión ejercida en un punto de un fluido líquido se transmite íntegramente (sin reducción alguna) en toda dirección y sentido

AplicacionesSu importancia puede apreciarse con sólo considerar que, el transmitir un esfuerzo a través de un cuerpo sólido para mantener el sistema en equilibrio.

Como se explica el Principio de Pascal

Según el principio de Pascal, si separamos los émbolos de sección F1 y F2 mediante un líquido, son las presiones las que se transmiten íntegramente y, por lo tanto,

P1/F1 = P2/F2Pues P1 y P2 son los esfuerzos que actúan, y F1 y F2, las áreas de las secciones de los émbolos. De la anterior:

P1 = P2 F1/F2Y entonces resulta

P1 > P2,Pudiendo obtenerse mayores esfuerzos en el émbolo mayor.

Principio de Arquímedes. Flotación

A B

F1

W

Fa = F2 – F1

F2

E C

H

D


Sobre la cara EHC, actúa una fuerza F1 igual al peso del líquido representado por la figura ABCHE.Sobre la cara inferior EDC, actúa una fuerza F2 igual al peso del líquido representado en la figura AEDBC.El cuerpo está sometido a un empuje ascensional, que es la resultante de estas dos fuerzas:

Fa = F2 – F1 (peso del volumen de líquido igual al volumen del cuerpo EHCD, o sea igual al volumen del líquido desalojado por el cuerpo al sumergirse)


“Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje ascensional igual al peso del líquido que desaloja”A) si W > Fa el cuerpo se hunde totalmenteB) si W < Fa sale a la superficie hasta que el peso del fluido de un volumen igual al volumen sumergido C) Si W = Fa el cuerpo se queda en la posición que se lo deje.

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