Universidad de Oriente

Núcleo Bolívar

Departamento de Ingeniería Civil

Escuela de Ciencias de la Tierra

Realizado por:

Freites, Nestor

Fuentes, Oswar

González, César

Ciudad Bolívar Agosto del 2009

PRERREQUISITOS DE LA CÁTEDRA INGENIERÍA SANITARIA I

Profesor:

Carlos, Pérez

Fluido

Masa

Volumen

Densidad

Peso

Presión

Velocidad

Caudal

Consumo

Ec Continuidad

Ec de Bernoulli

Línea de Carga

Línea Piezometrica

Presión Estática

Presión Dinámica

Nivel Freático

Fluido: Sistema de partículas que, a diferencia de los sólidos, no están unidas rígidamente y pueden moverse con una cierta libertad unas respecto de las otras. Esto le permite ceder a cualquier fuerza tendiente a alterar su forma, con lo que fluye adaptándose a la del recipiente.

Se dispone de envases que contienen diferentes sustancias que tienen un comportamiento de fluido. Dos corresponden a fluidos simulados por arena y semillas de melón, y dos corresponden a fluidos reales como son el agua y la miel.

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Masa: En física, es la magnitud que cuantifica la cantidad de materia de un cuerpo. La unidad de masa, en el Sistema Internacional de Unidades es el kilogramo (kg). Es una cantidad escalar y no debe confundirse con el peso, que es una fuerza.

Unidades de Masa

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Volumen: Es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Es una función derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.

La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional es el metro cúbico, aunque temporalmente también acepta el litro, que se utiliza comúnmente en la vida práctica.

Atotal = 2pr ( h + r ) V = p r2 · h

A = 6 a2 V = a3

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Densidad: Es una magnitud referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, y puede utilizarse en términos absolutos o relativos. En términos sencillos, un objeto pequeño y pesado, como una piedra o un trozo de plomo, es más denso que un objeto grande y liviano, como un corcho o un poco de anime.

Las unidades de densidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) son:kilogramo por metro cúbico (kg/m³) gramo por centímetro cúbico (g/cm³)

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Ver Como Medir Densidad

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Peso: En física clásica, es la medida de la fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de un cuerpo. Normalmente, se considera respecto de la fuerza de gravedad terrestre.

El peso se mide con la unidad de fuerza del SI, que es el newton (N). También se suele indicar el peso en unidades de fuerza de otros sistemas, como: kg-fuerza, dinas, libras-fuerza, onzas-fuerza, etcétera.

El cálculo aproximado del peso, considerado como una fuerza, se puede expresar mediante la segunda ley de la dinámica:

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Presión: Es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie o área .

Los líquidos ejercen presión en todas direcciones

La fuerza que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene actúa siempre en forma perpendicular a las paredes

La presión de un líquido a cierta profundidad es la misma en todo el fluido a ésa profundidad y es igual al peso de la columna del fluido a esa altura

Ver Ejemplo prensa hidráulica

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Velocidad: Es la magnitud física que expresa la variación de posición de un objeto en función del tiempo, o el desplazamiento del objeto por unidad de tiempo La unidad de velocidad, en el Sistema Internacional de Unidades, es el metro por segundo

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Caudal o Gasto: Es el volumen de un líquido que atraviesa una sección de un conductor en un segundo. Caudal, también se le denomina flujo y su símbolo es Q.

Donde:A = área del conductor y V = velocidad con que fluye.

Ver Relación velocidad de un fluido vs caudal

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Vol = A . Δx

Al cabo de cierto intervalo de tiempo (Δt) todo el volumen habrá atravesado el área de adelante. Justamente así teníamos definido el caudal: Q = Vol / Δty recordando que v = Δx/Δt nos queda: Q = A . v El caudal es igual a la velocidad a la que se mueve el fluido por la sección del conducto

Consideremos un tubo por el que se desplaza un fluido. La sección interna (o área, o luz) del tubo es A y la velocidad a la que se desplaza el fluido (cada molécula del fluido) es v. Ahora tomemos arbitrariamente un cierto volumen dentro del tubo. Ese volumen (un cilindro) es igual a la superficie de su base (que no es otro que la sección del tubo, A) por la altura (un cierto Δx):

Relación entre caudal y la velocidad con la que se desplaza un fluido

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CONSUMO DE AGUA:Al aprovisionar un centro habitado hay que tener en cuenta el probable crecimiento de éste, y proveer de agua no sólo para el momento, si no también para un cierto número de años.Cuando se diseñan redes de acueducto se asumen para dichos cálculos consumos que oscilan entre 100 y 300 litros por día y por habitante.

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Ecuación de Continuidad: La ecuación de continuidad expresa la conservación de la masa del fluido a través de las distintas secciones de un tubo de corriente, como muestra la figura con arreglo al principio de conservación de la masa, ésta no se crea ni se destruye entre las secciones A1 y A2. Por lo

tanto, la ecuación de continuidad será: 

 

Donde: = Densidad del fluido, kg/m3

A = Área de la sección transversal, m2

V = Velocidad, m/sQ = Caudal, m3/s

 Si el fluido es incompresible 1 = 2

entonces:

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Ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Expresa que en un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido. La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:1.- Cinético: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.2.- Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.3.- Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee.

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Aplicaciones Principio de Bernoulli:

Chimenea: Las Chimeneas son altas para aprovechar que la velocidad del viento es más constante y elevada a mayores alturas. Cuanto más rápidamente sopla el viento sobre la boca de una chimenea, más baja es la presión y mayor es la diferencia de presión entre la base y la boca de la chimenea, en consecuencia, los gases de combustión se extraen mejor.

Tubería: La ecuación de Bernoulli y la ecuación de continuidad también nos dicen que si reducimos el área transversal de una tubería para que aumente la velocidad del fluido que pasa por ella, se reducirá la presión.

Carburador de automóvil: En un carburador de automóvil, la presión del aire que pasa a través del cuerpo del carburador, disminuye cuando pasa por un estrangulamiento. Al disminuir la presión, la gasolina fluye, se vaporiza y se mezcla con la corriente de aire.

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Línea de Carga: La línea de energía total vendrá definida por la suma de la presión debida a la altura, la presión debida a la velocidad y la cota del lugar. La variación de la energía total de una sección a otra se representa por una línea denominada de carga o de energía y también gradiente de energía. En ausencia de pérdidas de energía, la línea de carga se mantendrá horizontal, aún cuando podría variar la distribución relativa de la energía entre las alturas geométrica, piezométrica y cinética. Sin embargo, en todos los casos reales se producen pérdidas de energía por rozamiento y la línea de carga resultante es inclinada

Ver Diagrama

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Línea Piezométrica:

Es una línea ideal representativa de la altura o nivel de presión existente en cada punto de la conducción Si no hay consumo es horizontal. Pero cuando hay consumo de líquido, hay disminución de presión, y la línea horizontal se convierte en una curva que delimita zonas que reciben y que no reciben servicio, según las distintas horas del día, ya que esta línea piezométrica varía con ellas

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Presión Dinámica: Se puede decir que cuando los fluidos se mueven en un conducto, la inercia del movimiento produce un incremento adicional de la presión estática al chocar sobre un área perpendicular al movimiento. Esta fuerza se produce por la acción de la presión conocida como dinámica. La presión dinámica depende de la velocidad y la densidad del fluido.

Donde: (utilizando unidades del sistema internacional):q = presión dinámica en pascales ρ = densidad del fluido en kg/m3 v = velocidad del fluido en m/s

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Presión Estática: Una típica presión estática, es la presión atmosférica, producida en todas direcciones sobre los cuerpos colocados en la superficie de la tierra debido a la gran columna de aire sobre ellos. El resultado de esta acción en todas direcciones de la presión atmosférica no produce fuerza neta de empuje del cuerpo hacia algún lado, solo tiende a comprimirlo.

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Nivel Freático: Nivel superior de la zona de saturación en las rocas permeables. Este nivel varía estacionalmente en función de la precipitación, aunque también influyen otros factores como la evapotranspiración y la cantidad de agua infiltrada a través del suelo. La pendiente del nivel freático es inversamente proporcional a la permeabilidad del acuífero.

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