Mecanica_de_Fluidos_e_Hidraulica_-_Giles

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Prólogo 
Este libro ha sido concebido con el principal propósito de complementar los textos ordinarios (de 
mecánica de los fluidos e hidráulica. Se basa en la convicción del autor de que el esclarecimiento y 
comprensión de los principios fundamentales de cualquier rama de la mecánica se obtienen mejor mediante 
numerosos ejercicios ilustrativos. 
La anterior edición de este libro ha sido acogida muy favorablemente. En esta segunda edición, 
muchos de los capítulos han sido revisados y adicionados con objeto de poner al día determinados temas de 
acuerdo con los más recientes conceptos, métodos y terminología. Se ha dedicado especial atención al 
análisis dimensional recogiendo los nuevos materiales en el Capítulo 5. La revisión más extensa se ha 
llevado a cabo en los capítulos que tratan los fundamentos del flujo de fluidos, flujo de fluidos en 
tuberías y flujo en canales abiertos. 
La materia se divide en capítulos que abarcan áreas bien definidas de teoría y estudio. Cada capítulo 
se inicia con el establecimiento de las definiciones pertinentes, principios y teoremas, junto con el 
material ilustrativo y descriptivo al que sigue una serie de problemas resueltos y problemas propuestos. Los 
problemas resueltos ilustran y amplían la teoría, presentan métodos de análisis, proporcionan ejemplos 
prácticos e iluminan con aguda perspectiva aquellos aspectos de detalle que capacitan al estudiante para 
aplicar los principios fundamentales con corrección y seguridad. El análisis del cuerpo libre, los diagramas 
vectoriales, los principios de trabajo y energía de la cantidad de movimiento y las leyes de Newton se 
utilizan a lo largo de todo el libro. No se ha regateado esfuerzo para presentar problemas originales 
desarrollados por el autor en los largos años dedicados a la enseñanza de .esta materia. Entre los problemas 
resueltos se incluyen numerosas demostraciones de teoremas y deducciones de fórmulas. El elevado 
número de problemas propuestos asegura un repaso completo del material de cada capítulo. 
Los alumnos de las Escuelas de Ingeniería reconocerán la utilidad de este libro al estudiar la me-
cánica de los fluidos y, adicionalmente, aprovecharán la ventaja de su posterior empleo como libro de 
referencia en su práctica profesional. Encontrarán soluciones muy detalladas de numerosos problemas 
prácticos y, cuando lo necesiten, podrán recurrir siempre al resumen de la teoría. Asimismo, el libro 
puede servir al ingeniero profesional que ha de recordar esta materia cuando es miembro de un tribunal 
examinador o por cualesquiera otras razones. 
Deseo expresar mi agradecimiento a mi colega Robert C. Stiefel, que ha comprobado cuidado-
samente la solución de muchos de los nuevos problemas. También he de expresar mi gratitud a la redacción 
de la Schaum Publishing Company y, muy particularmente, a Henry Hayden y Nicola Miracapillo, por sus 
inestimables sugerencias e inapreciable cooperación. 
RANALD V. GILES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla de materias 
Capítulo 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 
La mecánica de los fluidos y la hidráulica. Definición de fluido. Sistema técnico de 
unidades. Peso específico. Densidad de un cuerpo. Densidad relativa de un cuerpo. 
Viscosidad de un fluido. Presión de vapor. Tensión superficial. Capilaridad. Presión 
de un fluido. La presión. Diferencia de presiones. Variaciones de la presión en un 
fluido compresible. Altura o carga de presión h. Módulo volumétrico de elasticidad 
(E). Compresión de los gases. Para condiciones isotérmicas. Para condiciones 
adiabáticas o isoentrópicas. Perturbaciones en la presión. 
Capítulo 2 FUERZAS HIDROSTÁTICAS SOBRE LAS SUPERFICIES. . . . . . . . 22 
Introducción. Fuerza ejercida por un líquido sobre un área plana. Tensión 
circunferencial o tangencial. Tensión longitudinal en cilindros de pared delgada. 
Capítulo 3 EMPUJE Y FLOTACIÓN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 
Principio de Arquímedes. Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes. 
Capítulo 4 TRASLACIÓN Y ROTACIÓN DE MASAS LIQUIDAS. . . . . . . . . . . 42 
Introducción. Movimiento horizontal. Movimiento vertical. Rotación de masas 
fluidas. Recipientes abiertos. Rotación de masas fluidas. Recipientes cerrados. 
Capítulo 5 ANÁLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA HIDRÁULICA . . . . . . . 50 
Introducción. Análisis dimensional. Modelos hidráulicos. Semejanza geométrica. 
Semejanza cinemática. Semejanza dinámica. La relación entre las fuerzas de inercia. 
Relación de las fuerzas de inercia a las de presión. Relación de las fuerzas de inercia a 
las viscosas. Relación de las fuerzas de inercia a las gravitatorias. Relación de las 
fuerzas de inercia a las elásticas. Relación de las fuerzas de inercia a la de tensión 
superficial. Relación de tiempos. 
Capítulo 6 FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 
Introducción. Flujo de fluidos. Flujo permanente. Flujo uniforme. Líneas de 
corriente. Tubos de corriente. Ecuación de continuidad. Red de corriente. Ecuación 
de la energía. Altura de velocidad. Aplicación del teorema de Bernoul-li. Línea de 
energías o de alturas totales. Línea de alturas piezométricas. Potencia. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Páginas 
1 
 
 
Capítulo 7 FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERÍAS. 
Introducción. Flujo laminar. Velocidad crítica. Número de Reynolds. Flujo 
turbulento. Tensión cortante en la pared de una tubería. Distribución de 
velocidades. Pérdida de carga en flujo laminar. Fórmula de Darcy-Weisbach. 
Coeficiente de fricción. Otras pérdidas de carga. 
Capítulo 8 SISTEMAS DE TUBERÍAS EQUIVALENTES, COMPUESTAS, EN 
PARALELO Y RAMIFICADAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 
Sistemas de tubejías. Sistemas de tuberías equivalentes. Sistemas de tuberías 
compuestas o en serie, en paralelo y ramificadas. Métodos de resolución. 
Fórmula de Hazen-Williams. 
Capítulo 9 MEDIDAS EN FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 
Introducción. Tubo de Pitot. Coeficiente de descarga. Coeficiente de velocidad. 
Coeficiente de contracción. Pérdida de carga. Vertederos de aforo. Fórmula teórica 
de un vertedero. Fórmula de Francis. Fórmula de Banzin. Fórmula de Fteley y 
Stearns. Fórmula del vertedero triangular. La fórmula del vertedero trapezoidal. 
Para presas empleadas como vertederos. E! tiempo de 
vaciado de depósitos. El tiempo para establecer el flujo. 
\ 
Capítulo 10 FLUJO EN CANALES ABIERTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 
Canal abierto. Flujo uniforme y permanente. Flujo no uniforme. Flujo laminar. 
La fórmula de Chezy. El coeficiente C. El caudal Q. La pérdida de carga. 
Distribución vertical de la velocidad. Energía específica. Profundidad crítica. 
Caudal unitario máximo. En canales no rectangulares y para un flujo critico. 
Flujo no uniforme. Los vertederos de aforo de pared gruesa. Resalto hi-
dráulico. 
Capítulo // FUERZAS DESARROLLADAS POR LOS FLUIDOS EN 
MOVIMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Introducción. El principio de impulso-caníidad de movimiento. El coeficiente de 
corrección de la cantidad de movimiento. Resistencia. Sustentación. Resistencia total. 
Coeficientes de resistencia. Coeficientes de sustentación. Número de Mach. Teoría de 
la capa límite. Placas planas. Golpe de ariete. Velocidades supersónicas. 
Capítulo 12 MAQUINARIA HIDRÁULICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 
Maquinaria hidráulica. En el caso de rodetes. Ruedas hidráulicas, bombas y soplantes. 
Velocidad específica. Rendimiento. Cavitación. Propulsión por hélices.Los 
coeficientes de la hélice. 
 
 
 
TABLA DE MATERIAS
Páginas 
96 
192
 TABLA DE MATERIAS 
 
Tabla 1. Propiedades aproximadas de algunos gases.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 
2. Densidad relativa y viscosidad cinemática de algunos líquidos. . . . . . . 247 
3. Coeficiente de fricción / para agua solamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 
4. Pérdidas de carga en accesorios.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 
5. Valores de K*. Contracciones y ensanchamientos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 250 
6. Algunos valores del coeficiente Cl de Hazen-Williams. . . . . . . . . . . . . . 250 
7. Coeficientes de desagüe para orificios circulares de arista viva.. . . . . . 251 
8. Algunos factores de expansión Y para flujo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 
9. Algunos valores medios de n empleados en las fórmulas de Kutter y de 
 Ma
nning y de m en la fórmula de Bazin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 
10. Valores de C de la fórmula de Kutter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253 
11. Valores del factor de descarga K para canales trapezoidales. . . . . . . . . 254 
12. Valores del factor de descarga K' para canales trapezoidales. . . . . . . . 255 
13. Áreas, de círculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
 .256 
14. Pesos y dimensiones de tuberías de fundición. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 
Diagrama de Moody para coeficientes de fricción f. . . . . . . . . . 257 
Diagrama de Moody modificado para coeficientes de fricción / 
(solución directa para el flujo Q). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 
Nomograma de caudales, fórmula de Hazen-Williams (C\ = 100). 259 
Coeficiente para orificios medidores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 
Coeficientes para boquillas de aforo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 
Coeficientes para venturímetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 
Coeficiente de resistencia en función de RE. . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 
Coeficientes de resistencia para placas planas y lisas.. . . . . . . . . 264 
Coeficientes de resistencia a velocidades supersónicas. . . . . . . . . 265 
ÍNDICE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
APÉNDICES Páginas
DIAGRAMAS 
Diagramas A-l. 
A-2. 
B. C. 
1 D. 
E. 
F. 
G. 
H. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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