Aula 1 (1)

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Facultad de Ciencias y Tecnología
Fundamentación
El Ingeniero debe conocer los principios fundamentales de la Hidráulica y sus distintas 
aplicaciones al campo de la Ingeniería Civil.
Objetivos generales
Esta disciplina permite y/o proporciona a los alumnos los medios necesarios o
herramientas teóricas y/o practicas para definir adecuadamente el comportamiento del
fluido principal en estudio ( agua ) determinando estado energético en los distintos
tipos de tuberías en las que se moviliza , pudiendo así establecer las características de
carga que posee el flujo según distintas situaciones que se pueden presentar.
Notas
- Capacitar a los alumnos para: comprender y aplicar los principios generales de la
hidrostática y la hidrodinámica.
-Conocer y aplicar los conceptos de continuidad de energía y cantidad de movimiento
-Diseñar y proyectar sistemas de tuberías, canales y obras accesorias
-Cálculo y selección de bombas. Sistemas de bombeo
Objetivos específicos
60% Exámen
40% Pruebas, Tareas
Princípios básicos
- Definición de hidráulica
- El significado etimológico de la palabra Hidráulica es “conducción de
agua”, del griego hydor, agua y aulos, tubo, conducción
- El significado actual: es el estudio del comportamiento del agua y de
otros líquidos, en reposo o movimiento
- División de la hidráulica
- Hidráulica general o teórica
- Hidráulica aplicada o hidrotécnica
Princípios básicos
- División de la hidráulica general
- Hidrostática
- Hidrocinemática
- Hidrodinámica
- Definición de hidrostática
La hidrostática se trata de los fluidos en reposo o en equilíbrio
- Definición de hidrocinemática
La hidrocinemática estudia velocidades y trayectorias, sin considerar
fuerzas o energía.
Princípios básicos
- Definición de hidrodinámica
La hidrodinámica estudia las características de los fluidos reales, que
tienen un gran número de variables físicas, lo que ocasiona que su
ecuacionamiento sea complejo.
- Áreas de actuación
• Sistema de abastecimiento de agua
• Sistema de drenaje fluvial
• Sistema de irrigación
• Sistema de agua potable
Propiedades de los fluidos
- Qué es un fluido?
• Un fluido es una sustancia que puede fluir.
• Fluidos son sustancias o cuerpos cuyas moléculas o partículas tienen
la propiedad de moverse, unas en relación a las otras, sobre la acción
de fuerzas de mínima grandeza
- Dividen
• Líquido
• Gases, vapores
Propiedades de los fluidos
- Líquidos
Los líquidos tienen una superficie libre, y una determinada masa de un
líquido, a una misma temperatura, ocupa solo un determinado volumen
de cualquier recipiente. Los líquidos son poco compresibles y resisten
poco a tracciones y muy poco a esfuerzos cortantes.
- Gases
Los gases cuando colocados en un recipiente, ocupan todo el volumen,
independiente de su masa o del tamaño del recipiente. Los gases son
altamente compresibles y de pequeña densidad, relativamente a los
líquidos.
Propiedades de los fluidos
- Pasar de un estado físico
Para pasar de un estado físico para otro, el agua presenta una
característica propia, que es la cantidad de calor requerida, sin la
correspondiente variación de temperatura, denominada calor latente de
vaporización (líquido >> vapor) y calor latente de cristalización (sólido >>
líquido).
- Presión de vapor
Se denomina presión de vapor de un líquido a presión en la superficie,
cuando el líquido evapora. Esa presión de vapor varia con la
temperatura.
Masa específica, densidad y peso específico
- Masa específica
La masa de un fluido en una unidad de volumen es denominada
densidad absoluta, también conocida como masa específica (kg/m³)
- Densidad
La densidad de un cuerpo es la relación que existe entre la masa del
mismo dividida por su unidad de volumen.
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝜌 =
𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑚
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 ∀
En el sistema internacional de unidades la densidad del agua es de
1000kg/m³ a una temperatura de 4˚C.
Masa específica, densidad y peso específico
- Densidad relativa
La densidad relativa de un cuerpo es un número adimensaional
establecido por la relación entre el peso de un cuerpo y el peso de un
volumen igual de una sustancia que se toma como referencia. Los sólidos
y líquidos toman como referencia al agua a una temperatura de 20˚C,
mientras que los gases se refieren al aire a una temperatura de 0˚C, y
una atmósfera de presión, como condiciones normales o estándar.
𝐷. 𝑅 = 𝑤 =
𝛾𝑠𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎
Masa específica, densidad y peso específico
- Peso específico
El peso específico de un fluido es el peso de la unidad de volumen de
este fluido (N/m³)
Importante! El agua alcanza su densidad absoluta máxima a una
temperatura de 3,98˚C. El peso específico del agua en esta misma
temperatura también será igual a la unidad en locales donde la
aceleración de la gravedad sea de 9,8m/s² y la presión de 1 atm.
𝛾 = 𝜌𝑥𝑔
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝛾 =
𝑝𝑒𝑠𝑜 (𝑚𝑥𝑔)
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛(∀)
• Para los líquidos • Para los gases
𝑝𝑒𝑠𝑜 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑜 𝛾 =
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 (𝑃)
𝑅 𝑥 𝑇
𝑅: constante del gas
𝑇: Temperatura absoluta
Masa específica, densidad y peso específico
- Densidad relativa
La densidad relativa de un material la relación entre la masa específica
de este material y la masa específica de otro material tomando como
base.
- Compresibilidad
Compresibilidad es la propiedad que tiene los cuerpos de reducir sus
volúmenes sobre la acción de presiones externas.
Se considera la ley de conservación de la masa, un aumento de presión
correspondiente a un aumento de masa específica, es decir, una
disminución de volumen.
Masa específica, densidad y peso específico
- Compresibilidad
• Critérios de compresibilidad
De acuerdo con el fenómeno considerando, no se puede prescindir de la
compresibilidad de un líquido (golpe de ariete), o en otro extremo, se puede
prescindir de la compresibilidad de un gas (movimiento uniforme con bajas
velocidades).
- Elasticidad
Berthelot, en 1850, descubrió esa propiedad que tiene los líquidos de aumentar su
volumen cuando se les disminuye la presión.
Worthington provó que el aumento de volumen, debido a una cierta depresió,
tiene el mismo valor absoluto que la disminución del volumen, para una
compresión de igual valor absoluto. Esto es, los módulos de elasticidad son iguales
a la depresión y la compresión.
Ejemplo
Si la densidad de un líquido es de 835 kg/m³, determinar su peso específico y su
densidad relativa.
𝛾 = 𝜌𝑥𝑔 𝛾 = 835
𝑘𝑔
𝑚3
𝑥
9,81𝑚
𝑠2
= 8,2𝑘𝑁
𝐷. 𝑅 =
𝛾𝑠𝑢𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
𝛾𝑎𝑔𝑢𝑎
𝐷. 𝑅 =
835𝑘𝑔/𝑚3
1000𝑘𝑔/𝑚3
= 0,835
Viscosidad
- Viscosidad
La viscosidad de un fluido indica el movimiento relativo entre sus moléculas,
debido a la fricción o rozamiento entre las mismas y se puede definir como la
propiedad que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes.
Esta propiedad es la responsable por la resistencia a la deformación de los fluidos.
En los gases disueltos, esta propiedad es importante cuando se trabaja con grandes
presiones.
Algunos líquidos presentan esta propiedad con mayor intensidad que otros, por
ejemplo ciertos aceites pesados, las melazas y el alquitrán fluyen más lentamente
que el agua y el alcohol.
Viscosidad
- Viscosidad
Con referencia a la figura, se consideran dos placas planas y paralelas de
grandes dimensiones, separadas a una pequeña distancia y, y con el espacio
entre ellas lleno de un fluido. Se supone que la placa superior se mueve a una
velocidad constante U al actuar sobre ella una fuerza F, también constante.
El fluido en contacto con la placa móvil se
adhiere a ella moviéndose a la misma
velocidad U, mientras que el fluido en contacto
con la placa fija permanecerá en reposo.
Viscosidad
- Viscosidad
Si la separación y la velocidad U no son muy grandes, la variación de las
velocidades (gradientes) vendrá dada por una línea recta. La experiencia ha
demostrado que la fuerza F varía con el área de la placa, con la velocidad U e
inversamente con la separación y.
Viscosidad
- Viscosidad
Newton formuló una ley que explicael comportamiento de la viscosidad en los
fluidos que se mueven en trayectorias rectas o paralelas. Esta ley indica que el
esfuerzo de corte de un fluido, es proporcional a la viscosidad para una rapidez
de deformación angular dada. Es importante destacar la influencia de la
temperatura en la diferencia de comportamiento entre la viscosidad de un gas
y un líquido. El aumento de temperatura incrementa la viscosidad de un gas y la
disminuye en un líquido. Esto se debe a que en un líquido, predominan las
fuerzas de cohesión que existen entre las moléculas, las cuales son mayores
que en un gas y por tanto la cohesión parece ser la causa predominante de la
viscosidad.
Viscosidad
- Viscosidad
Existe otra manera de expresar la viscosidad de una sustancia y es la llamada
viscosidad cinemática que relaciona la viscosidad absoluta con la densidad
𝑉𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑖𝑛𝑒𝑚á𝑡𝑖𝑐𝑎 (𝑣) =
𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑎 (𝜇)
𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 (𝜌)
- Problemas
Determinar la viscosidad absoluta del mercurio en kg-s/m² si en poises es igual
a 0,0158
𝜇𝐻𝑔 = 0,0158 𝑝𝑜𝑖𝑠𝑒𝑠 1 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 =
1
98,1
𝑘𝑔 − 𝑠/𝑚2
𝜇𝐻𝑔 = 0,0158
𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒
1 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒
𝑥
1
98,1
𝑘𝑔 − 𝑠/𝑚2=1,61 x 10−4𝑘𝑔 − 𝑠/𝑚2
21
2
https://www.google.com.br/books/edition/Mec%C3%A1nica_de_
los_fluidos_e_hidr%C3%A1ulica/3jHhWwwQqp4C?hl=pt-
BR&gbpv=1&dq=mecanica+de+los+fluidos+e+hidraulica&printsec
=frontcover
https://www.google.com.br/books/edition/Mec%C3%A2nica_dos
_Fluidos/3D1LDwAAQBAJ?hl=pt-
BR&gbpv=1&dq=mec%C3%A2nica+dos+fluidos&printsec=frontcov
er
https://www.google.com.br/books/edition/Mec%C3%A2nic
a_dos_fluidos_3_ed/aP3OBgAAQBAJ?hl=pt-
BR&gbpv=1&dq=mec%C3%A2nica+dos+fluidos&printsec=fr
ontcover
https://www.google.com.br/books/edition/Mec%C3%A1nica_de_los_fluidos_e_hidr%C3%A1ulica/3jHhWwwQqp4C?hl=pt-BR&gbpv=1&dq=mecanica+de+los+fluidos+e+hidraulica&printsec=frontcover
https://www.google.com.br/books/edition/Mec%C3%A2nica_dos_Fluidos/3D1LDwAAQBAJ?hl=pt-BR&gbpv=1&dq=mec%C3%A2nica+dos+fluidos&printsec=frontcover
https://www.google.com.br/books/edition/Mec%C3%A2nica_dos_fluidos_3_ed/aP3OBgAAQBAJ?hl=pt-BR&gbpv=1&dq=mec%C3%A2nica+dos+fluidos&printsec=frontcover