Mecánica de los Fluidos e Hidráulica-VISITAR

7/31/2019 Mecnica de los Fluidos e Hidrulica-VISITAR www.gratis2

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Prlogo

Este libro ha sido concebido con el principal propsito de complementar los textos ordinarios (demecnica de los fluidos e hidrulica. Se basa en la conviccin del autor de que el esclarecimiento ycomprensin de los principios fundamentales de cualquier rama de la mecnica se obtienen mejor mediantenumerosos 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 deacuerdo con los ms recientes conceptos, mtodos y terminologa. Se ha dedicado especial atencin alanlisis dimensional recogiendo los nuevos materiales en el Captulo 5. La revisin ms extensa se hallevado a cabo en los captulos que tratan los fundamentos del flujo de fluidos, flujo de fluidos entuberas y flujo en canales abiertos.

La materia se divide en captulos que abarcan reas bien definidas de teora y estudio. Cada captulose inicia con el establecimiento de las definiciones pertinentes, principios y teoremas, junto con elmaterial 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 ejemplosprcticos e iluminan con aguda perspectiva aquellos aspectos de detalle que capacitan al estudiante paraaplicar los principios fundamentales con correccin y seguridad. El anlisis del cuerpo libre, los diagramasvectoriales, los principios de trabajo y energa de la cantidad de movimiento y las leyes de Newton seutilizan a lo largo de todo el libro. No se ha regateado esfuerzo para presentar problemas originalesdesarrollados por el autor en los largos aos dedicados a la enseanza de .esta materia. Entre los problemasresueltos se incluyen numerosas demostraciones de teoremas y deducciones de frmulas. El elevadonmero 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 dereferencia en su prctica profesional. Encontrarn soluciones muy detalladas de numerosos problemasprcticos y, cuando lo necesiten, podrn recurrir siempre al resumen de la teora. Asimismo, el libropuede servir al ingeniero profesional que ha de recordar esta materia cuando es miembro de un tribunalexaminador 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 redaccinde la Schaum Publishing Company y, muy particularmente, a Henry Hayden y Nicola Miracapillo, por susinestimables sugerencias e inapreciable cooperacin.

RANALD V. GILES



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Tabla de materias

Captulo 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

La mecnica de los fluidos y la hidrulica. Definicin de fluido. Sistema tcnico deunidades. Peso especfico. Densidad de un cuerpo. Densidad relativa de un cuerpo.Viscosidad de un fluido. Presin de vapor. Tensin superficial. Capilaridad. Presinde un fluido. La presin. Diferencia de presiones. Variaciones de la presin en unfluido compresible. Altura o carga de presin h. Mdulo volumtrico de elasticidad(E). Compresin de los gases. Para condiciones isotrmicas. Para condicionesadiabticas 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 masasfluidas. 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 alas viscosas. Relacin de las fuerzas de inercia a las gravitatorias. Relacin de lasfuerzas de inercia a las elsticas. Relacin de las fuerzas de inercia a la de tensinsuperficial. Relacin de tiempos.

Captulo 6 FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

Introduccin. Flujo de fluidos. Flujo permanente. Flujo uniforme. Lneas decorriente. Tubos de corriente. Ecuacin de continuidad. Red de corriente. Ecuacinde la energa. Altura de velocidad. Aplicacin del teorema de Bernoul-li. Lnea deenergas o de alturas totales. Lnea de alturas piezomtricas. Potencia.

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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, ENPARALELO Y RAMIFICADAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Sistemas de tubejas. Sistemas de tuberas equivalentes. Sistemas de tuberascompuestas 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 tericade un vertedero. Frmula de Francis. Frmula de Banzin. Frmula de Fteley yStearns. 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 decorreccin de la cantidad de movimiento. Resistencia. Sustentacin. Resistencia total.Coeficientes de resistencia. Coeficientes de sustentacin. Nmero de Mach. Teora dela 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. Loscoeficientes de la hlice.

TABLA DE MATERIAS

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TABLA DE MATERIAS

Tabla 1. Propiedades aproximadas de algunos gases.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2462. Densidad relativa y viscosidad cinemtica de algunos lquidos. . . . . . . 2473. Coeficiente de friccin / para agua solamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

4. Prdidas de carga en accesorios.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2495. Valores deK*. Contracciones y ensanchamientos.. . . . . . . . . . . . . . . . . . 2506. Algunos valores del coeficiente Clde Hazen-Williams. . . . . . . . . . . . . . 2507. Coeficientes de desage para orificios circulares de arista viva.. . . . . . 2518. Algunos factores de expansin Ypara flujo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2529. Algunos valores medios den empleados en las frmulas de Kutter y de

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

10. Valores de Cde la frmula de Kutter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25311. Valores del factor de descargaKpara canales trapezoidales. . . . . . . . . 25412. Valores del factor de descargaK' para canales trapezoidales. . . . . . . . 25513. reas, de crculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

.25614. Pesos y dimensiones de tuberas de fundicin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

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

(solucin directa para el flujo Q ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258Nomograma de caudales, frmula de Hazen-Williams (C\ = 100). 259Coeficiente para orificios medidores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260Coeficientes para boquillas de aforo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261Coeficientes para venturmetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262Coeficiente de resistencia en funcin deRE. . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

Coeficientes de resistencia para placas planas y lisas.. . . . . . . . . 264Coeficientes de resistencia a velocidades supersnicas. . . . . . . . . 265

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

APNDICES Pginas

DIAGRAMAS

DiagramasA-l. A-2.

B. C.1

D.E.F.G.

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