Prlogo

Este libro ha sido concebido con el principal propsito de complementar los textos ordinarios (de mecnica de los fluidos e hidrulica. Se basa en la conviccin del autor de que el esclarecimiento y comprensin de los principios fundamentales de cualquier rama de la mecnica se obtienen mejor mediante numerosos ejercicios ilustrativos.

La anterior edicin de este libro ha sido acogida muy favorablemente. En esta segunda edicin, muchos de los captulos han sido revisados y adicionados con objeto de poner al da determinados temas de acuerdo con los ms recientes conceptos, mtodos y terminologa. Se ha dedicado especial atencin al anlisis dimensional recogiendo los nuevos materiales en el Captulo 5. La revisin ms extensa se ha llevado a cabo en los captulos que tratan los fundamentos del flujo de fluidos, flujo de fluidos en tuberas y flujo en canales abiertos.

La materia se divide en captulos que abarcan reas bien definidas de teora y estudio. Cada captulo 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 amplan la teora, presentan mtodos de anlisis, proporcionan ejemplos prcticos e iluminan con aguda perspectiva aquellos aspectos de detalle que capacitan al estudiante para aplicar los principios fundamentales con correccin y seguridad. El anlisis del cuerpo libre, los diagramas vectoriales, los principios de trabajo y energa 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 aos dedicados a la enseanza de .esta materia. Entre los problemas resueltos se incluyen numerosas demostraciones de teoremas y deducciones de frmulas. El elevado nmero de problemas propuestos asegura un repaso completo del material de cada captulo.

Los alumnos de las Escuelas de Ingeniera reconocern la utilidad de este libro al estudiar la me-cnica de los fluidos y, adicionalmente, aprovecharn la ventaja de su posterior empleo como libro de referencia en su prctica profesional. Encontrarn soluciones muy detalladas de numerosos problemas prcticos y, cuando lo necesiten, podrn recurrir siempre al resumen de la teora. 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 solucin de muchos de los nuevos problemas. Tambin he de expresar mi gratitud a la redaccin de la Schaum Publishing Company y, muy particularmente, a Henry Hayden y Nicola Miracapillo, por sus inestimables sugerencias e inapreciable cooperacin.

RANALD V. GILES

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

Tabla de materias

Captulo 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS La mecnica de los fluidos y la hidrulica. Definicin de fluido. Sistema tcnico de unidades. Peso especfico. Densidad de un cuerpo. Densidad relativa de un cuerpo. Viscosidad de un fluido. Presin de vapor. Tensin superficial. Capilaridad. Presin de un fluido. La presin. Diferencia de presiones. Variaciones de la presin en un fluido compresible. Altura o carga de presin h. Mdulo volumtrico de elasticidad (E). Compresin de los gases. Para condiciones isotrmicas. Para condiciones adiabticas o isoentrpicas. Perturbaciones en la presin.

Captulo 2 FUERZAS HIDROSTTICAS SOBRE LAS SUPERFICIES. . . . . . . . 22

Introduccin. Fuerza ejercida por un lquido sobre un rea plana. Tensin circunferencial o tangencial. Tensin longitudinal en cilindros de pared delgada.

Captulo 3 EMPUJE Y FLOTACIN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Principio de Arqumedes. Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes.

Captulo 4 TRASLACIN Y ROTACIN DE MASAS LIQUIDAS. . . . . . . . . . . 42

Introduccin. Movimiento horizontal. Movimiento vertical. Rotacin de masas fluidas. Recipientes abiertos. Rotacin de masas fluidas. Recipientes cerrados.

Captulo 5 ANLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA HIDRULICA . . . . . . . 50

Introduccin. Anlisis dimensional. Modelos hidrulicos. Semejanza geomtrica. Semejanza cinemtica. Semejanza dinmica. La relacin entre las fuerzas de inercia. Relacin de las fuerzas de inercia a las de presin. Relacin de las fuerzas de inercia a las viscosas. Relacin de las fuerzas de inercia a las gravitatorias. Relacin de las fuerzas de inercia a las elsticas. Relacin de las fuerzas de inercia a la de tensin superficial. Relacin de tiempos.

Captulo 6 FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Introduccin. Flujo de fluidos. Flujo permanente. Flujo uniforme. Lneas de corriente. Tubos de corriente. Ecuacin de continuidad. Red de corriente. Ecuacin de la energa. Altura de velocidad. Aplicacin del teorema de Bernoul-li. Lnea de energas o de alturas totales. Lnea de alturas piezomtricas. Potencia.

Pginas

1

Captulo 7 FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS.

Introduccin. Flujo laminar. Velocidad crtica. Nmero de Reynolds. Flujo turbulento. Tensin cortante en la pared de una tubera. Distribucin de velocidades. Prdida de carga en flujo laminar. Frmula de Darcy-Weisbach. Coeficiente de friccin. Otras prdidas de carga.

Captulo 8 SISTEMAS DE TUBERAS EQUIVALENTES, COMPUESTAS, EN PARALELO Y RAMIFICADAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Sistemas de tubejas. Sistemas de tuberas equivalentes. Sistemas de tuberas compuestas o en serie, en paralelo y ramificadas. Mtodos de resolucin. Frmula de Hazen-Williams.

Captulo 9 MEDIDAS EN FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

Introduccin. Tubo de Pitot. Coeficiente de descarga. Coeficiente de velocidad. Coeficiente de contraccin. Prdida de carga. Vertederos de aforo. Frmula terica de un vertedero. Frmula de Francis. Frmula de Banzin. Frmula de Fteley y Stearns. Frmula del vertedero triangular. La frmula del vertedero trapezoidal. Para presas empleadas como vertederos. E! tiempo de

vaciado de depsitos. El tiempo para establecer el flujo. \

Captulo 10 FLUJO EN CANALES ABIERTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160

Canal abierto. Flujo uniforme y permanente. Flujo no uniforme. Flujo laminar. La frmula de Chezy. El coeficiente C. El caudal Q. La prdida de carga. Distribucin vertical de la velocidad. Energa especfica. Profundidad crtica. Caudal unitario mximo. En canales no rectangulares y para un flujo critico. Flujo no uniforme. Los vertederos de aforo de pared gruesa. Resalto hi-drulico.

Captulo // FUERZAS DESARROLLADAS POR LOS FLUIDOS EN MOVIMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Introduccin. El principio de impulso-canidad de movimiento. El coeficiente de correccin de la cantidad de movimiento. Resistencia. Sustentacin. Resistencia total. Coeficientes de resistencia. Coeficientes de sustentacin. Nmero de Mach. Teora de la capa lmite. Placas planas. Golpe de ariete. Velocidades supersnicas.

Captulo 12 MAQUINARIA HIDRULICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Maquinaria hidrulica. En el caso de rodetes. Ruedas hidrulicas, bombas y soplantes. Velocidad especfica. Rendimiento. Cavitacin. Propulsin por hlices. Los coeficientes de la hlice.

TABLA DE MATERIAS

Pginas

96

192

TABLA DE MATERIAS

Tabla 1. Propiedades aproximadas de algunos gases.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 2. Densidad relativa y viscosidad cinemtica de algunos lquidos. . . . . . . 247 3. Coeficiente de friccin / para agua solamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 4. Prdidas 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 desage para orificios circulares de arista viva.. . . . . . 251 8. Algunos factores de expansin Y para flujo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 9. Algunos valores medios de n empleados en las frmulas de Kutter y de

Manning y de m en la frmula de Bazin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

10. Valores de C de la frmula 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. reas, de crculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256 14. Pesos y dimensiones de tuberas de fundicin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

Diagrama de Moody para coeficientes de friccin f. . . . . . . . . . 257 Diagrama de Moody modificado para coeficientes de friccin /

(solucin directa para el flujo Q). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 Nomograma de caudales, frmula de Hazen-Williams (C\ = 100). 259 Coeficiente para orificios medidores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Coeficientes para boquillas de aforo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Coeficientes para venturmetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Coeficiente de resistencia en funcin de RE. . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Coeficientes de resistencia para placas planas y lisas.. . . . . . . . . 264 Coeficientes de resistencia a velocidades supersnicas. . . . . . . . . 265

NDICE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

APNDICES Pginas

DIAGRAMAS

Diagramas A-l. A-2.

B. C. 1 D.

E. F. G. H.

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

http://estudiantesingcivil.blogspot.mx/

Hoja en blanco.pdf_ Hoja en blanco.pdf_ Hoja en blanco.pdfPage 1

_ Tapa.pdf_Contratapa.pdf

S: 0: 0:

I: 1: