Constantes y frmulas hidrulicas. Frmulas empricas ms utilizadas.
Sus orgenes y aplicaciones
Constantes y frmulas hidrulicas. Frmulas empricas ms utilizadas.
Sus orgenes y aplicaciones2013
UNIVERSIDAD AUTONOMA GABRIEL REN MORENOFACULTAD DE CIENCIAS
EXACTAS Y TECNOLOGA
ALUMNOS: Cuellar Rosazza romina 211041548. Condori Medelln
wilber 211067776. Cuellar taran Ederson. 212074962. Cuellar cspedes
Shirley. 211041440. Colodro Duran miguel ngel 200916300. Cruz
Claure marco Antonio 210002417.MATERIA: Hidrulica ISIGLA: CIV -
229GRUPO: BDOCENTE: Ing. Vctor Hugo OrtizFECHA:13 de noviembre
2013.SANTA CRUZ BOLIVIA
43Constantes y frmulas hidrulicas. Frmulas empricas ms
utilizadas. Sus orgenes y aplicaciones
25
ContenidoINTRODUCCIN1ANTECEDENTES2FORMULAS HIDRAULICAS5LEY O
PRINCIPIO DE PASCAL5Biografa de BLAISE PASCAL5ECUACION FUNDAMENTAL
DE LA HIDROSTATICA6ECUACION HIDROSTATICA6PRICIPIO DE ARQUIMIDES8LEY
DE STEVIN10FUERZAS HIDROSTTICAS SOBRE SUPERFICIES
SUMERGIDAS12FUERZAS SOBRE SUPERFICIES PLANAS12CALCULO DE LA PRESION
LATERAL20ARQUMEDES21FLOTACION, ARQUIMEDES22ESTABILIDAD DE CUERPOS
FLOTANTES Y SUMERGIDOS.27ECUACIN DE CONTINUIDAD32CONSERVACIN DE LA
ENERGA- ECUACIN DE BERNOULLI32ECUACIN GENERAL DE LA
ENERGA37FORMULAS EMPIRICAS MS UTILIZADAS EN HIDRAULICA39FORMULA
CHZY39Biografa39BIBLIOGRAFIA43
INTRODUCCIN
Desde la creacin, el hombre ha estado empeado en multiplicar su
fuerza fsica. Inicialmente se asocio con otros para aplicar cada
uno su fuerza individual a un solo objeto. Posteriormente un
ilustre desconocido invent la rueda y otros la palanca y la cua.
Con estos medios mecnicos se facilitaron enormemente las labores.
Pronto estos elementos se combinaron y evolucionaron hasta
convertirse en ingenios mecnicos muy diversos, que fueron
utilizados en la construccin de los pueblos, en las guerras y en la
preparacin de la tierra.Tambin el hombre al lado del desarrollo de
los dispositivos mecnicos, empez desde muy temprano la
experimentacin de la utilizacin de recursos naturales tan
abundantes como el agua y el viento. Inicialmente se movilizo en
los lagos y ros utilizando los troncos de madera que flotaban. Mas
adelante la navegacin se hizo, a la vez, aprovechando las fuerzas
de los vientos.A lo largo de la historia, aparecen inventos e
investigadores que aportan mejoras sustanciales en el campo que hoy
se denomina Mecnica de fluidos.La hidrulica es una rama de la
mecnica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniera que se
encarga del estudio de las propiedades mecnicas de los lquidos.
Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a
las condiciones a que est sometido el fluido, relacionadas con la
viscosidad de este. El agua cubre 3/4 partes (71%) de la superficie
de la Tierra. Se puede encontrar esta sustancia en prcticamente
cualquier lugar de la biosfera y en los tres estados de agregacin
de la materia: slido, lquido y gaseoso. Derivando de aqu la
importancia de la hidrulica.El presente trabajo trata de los
orgenes y aplicaciones de las frmulas y constantes hidrulicas, que
se ocupan con ms frecuencia para la materia de hidrulica I, que se
imparte en la universidad Autnoma Gabriel Rene Moreno, mas
explcitamente de la carrera de ingeniera civil.
ANTECEDENTES
La Mecnica de fluidos tiene sus orgenes en la hidrulica, tanto
en Mesopotamia como en Egipto alrededor del ao 400 a.C.
proliferaron las obras hidrulicas que aseguraban el regado.
Posteriormente, los imperios griegos, chino y especialmente, el
romano se caracterizan por una gran profusin de obras hidrulica. La
rueda hidrulica y el molino de viento Son prembulos de mucho inters
para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues
familiarizaron al hombre con las posibilidades de los fluidos para
generar y transmitir energa y le ensearon en forma emprica los
rudimentos de la Hidromecnica y sus propiedades.La primera bomba
construida por el hombre fue la jeringa y se debe a los antiguos
egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias.
CTESIBIUS en el siglo II A.C., la convirti en una bomba de doble
efecto.En la segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su
escrito sobre flujo de agua y estructuras para ros, estableci sus
experiencias y observaciones en la construccin de instalaciones
hidrulicas ejecutadas principalmente en Miln y Florencia.GALILEO en
1612 elaboro el primer estudio sistemtico de los fundamentos de la
Hidrosttica. Un alumno de Galileo, TORRICELI, enunci en 1643 la ley
del flujo libre de lquidos a travs de orificios. Construyo El
barmetro para la medicin de la presin atmosfrica.BLAISE PASCAL,
aunque vivi nicamente hasta la edad de 39 aos, fue uno de los
grandes cientficos y matemticos del siglo XVII. Fue responsable de
muchos descubrimientos importantes, pero en relacin con la mecnica
de fluidos son notables los siguientes: La formulacin en 1650 de la
ley de la distribucin de la presin en un lquido contenido en un
recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal. La comprobacin de
que la potencia del vaco se debe al peso de la atmsfera y no a un
"horror natural" como se crey por mas de 2000 aos antes de su
poca.A ISAAC NEWTON, adems de muchas contribuciones a la ciencia y
a las matemticas, se le debe en Mecnica de Fluidos: El primer
enunciado de la ley de friccin en un fluido en movimiento. La
introduccin del concepto de viscosidad en un fluido. Los
fundamentos de la teora de la similaridad hidrodinmica.Estos, sin
embargo, fueron trabajados aislados de los cuales resultaron leyes
y soluciones a problemas no conexos. Hasta la mitad del siglo XVIII
no exista aun una ciencia integrada sobre El comportamiento de los
fluidos.Los fundamentos tericos de la Mecnica de Fluidos como una
ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonhard Euler en el siglo
XVIII.DANIEL BERNOULLI, 1700-1782, perteneci a una famosa familia
suiza en la cual hubo once sabios celebres, la mayora de ellos
matemticos o mecnicos. Gran parte de su trabajo se realizo en San
Petersburgo, como miembro de la academia rusa de ciencias. En 1738
en su "Hidrodinmica", formulo la ley fundamental del movimiento de
los fluidos que da la relacin entre presin, velocidad y cabeza de
fluido. LEONHARD EULER, 1707-1783, tambin suizo, desarrollo las
ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados
fluidos ideales (no viscosos). Esto marco El principio de los
mtodos tericos de anlisis en la Mecnica de Fluidos. A Euler se le
debe tambin la ecuacin general del trabajo para todas las maquinas
hidrulicas roto dinmicas (turbinas, bombas centrifugas,
ventiladores, etc.), adems de los fundamentos de la teora de la
flotacin.En 1985, despus de 135 aos de la formulacin de la ley de
Pascal, JOSEPH BRAMAH, construyo en Inglaterra la primera prensa
hidrulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como
fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una
bomba manual y no superaba los 10 bares de presin. Sin embargo, la
fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para
el mundo tcnico e industrial de entonces.Inmediatamente siguieron
sin nmero de aplicaciones y como era de esperarse, se abri un
mercado para el mismo sin precedentes y que superaba las
disponibilidades tanto tcnicas como financieras de su tiempo.El
segundo periodo, que comprende los ltimos aos del siglo XVIII y la
mayora del XIX, se caracteriz por la acumulacin de datos
experimentales y por la determinacin de factores de correccin para
la ecuacin de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal,
o sea que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como
la viscosidad. Cabe destacar los nombres de experimentalistas
notables como ANTOINE CHEZY, HENRI DARCY, JEAN POISEUILLE en
Francia; JULIUS WEISBACH Y G. HAGEN en Alemania. De importancia
especial fueron los experimentos de Weisbach y las frmulas empricas
resultantes que fueron utilizadas hasta hace poco tiempo.Entre los
tericos de la Mecnica de Fluidos de este perodo, estn LAGRANGE,
HELMHOLTZ Y SAINT VENANT.En los aos posteriores a 1850 las grandes
ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de
energa hidrulica, la cual era distribuida a grandes distancias por
tuberas hasta las fbricas donde accionaban molinos, prensas,
laminadores y gras.Todava funcionan en algunas ciudades europeas
las redes de distribucin de energa hidrulica. En Londres, por
ejemplo, esta aun en servicio la empresa " The London Hydraulic
Power Co.", con capacidad instalada de 700 HP y 180 millas de
tubera de distribucin. En la misma ciudad, el famoso Puente de la
Torre, es accionado hidrulicamente, as como el ascensor principal
en el edificio de la institucin de los Ingenieros Mecnicos.En el
periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del XX, se
tom en cuenta la viscosidad y la teora de la similaridad. Se avanz
con mayor rapidez por la expansin tecnolgica y las fuerzas
productivas. A este perodo estn asociados los nombres de GEORGE
STOKES y de OSBORNE REYNOLDS, 1819-1903 y 1942-1912,
respectivamente.En la Hidrulica contempornea se deben mencionar a:
LUIDWIG PRANDTL, THEODOR VON KARMAN Y JOHAN NIKURADSE. Los dos
primeros por sus trabajos en Aerodinmica y Mecnica de Fluidos que
sirvieron para dilucidar la teora del flujo turbulento; el ltimo
sobre flujo en tuberas.En 1906 la Marina de los EE.UU. bot El U.S.
Virginia, primer barco con sistemas hidrulicos para controlar su
velocidad y para orientar sus caones.En 1930 se empezaron a
construir las bombas de paletas de alta presin y se introdujeron
los sellos de caucho sinttico. Diez aos despus los servomecanismos
electrohidrulicos ampliaron el campo de aplicacin de la
oleohidrulica (rama de la hidrulica que utiliza aceite mineral como
fluido). Desde los aos sesenta el esfuerzo investigativo de la
industria y las entidades de formacin profesional ha conducido
hasta los sofisticados circuitos de la fludica.
FORMULAS HIDRAULICAS
LEY O PRINCIPIO DE PASCALBiografa de BLAISE PASCALAunque vivi
nicamente hasta la edad de 39 aos, fue uno de los grandes
cientficos y matemticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos
descubrimientos importantes, pero en relacin con la mecnica de
fluidos son notables los siguientes: La formulacin en 1650 de la
ley de la distribucin de la presin en un lquido contenido en un
recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal. La comprobacin de
que la potencia del vaco se debe al peso de la atmsfera y no a un
"horror natural" como se crey por mas de 2000 aos antes de su
poca.Expresa que toda presin ejercida sobre un liquido contenido en
un recipiente, se transmite con igual intensidad a todos los puntos
de dicho recipiente.La prensa hidrulica es una mquina compleja que
permite amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el
fundamento de elevadores, prensas hidrulicas, frenos y muchos otros
dispositivos hidrulicos de maquinaria industrial.La prensa
hidrulica constituye la aplicacin fundamental del principio de
Pascal y tambin un dispositivo que permite entender mejor su
significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente
seccin comunicados entre s, y cuyo interior est completamente lleno
de un lquido que puede ser agua o aceite. Dos mbolos de secciones
diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos
cilindros, de modo que estn en contacto con el lquido. Cuando sobre
el mbolo de menor seccin S1 se ejerce una fuerza F1 la presin p1
que se origina en el lquido en contacto con l se transmite
ntegramente y de forma casi instantnea a todo el resto del lquido.
Por el principio de Pascal esta presin ser igual a la presin p2 que
ejerce el fluido en la seccin S2, es decir:
Con lo que las fuerzas sern, siendo, S1Pl se hundePcl se
hundec