MECANICA DE FLUIDOSLA HIDRAULICA

ECHO POR: EDUARDO RUSSO

CURSO: 3 ° A AÑO 2013

MODULO: MECÁNICA DE FLUIDOS

PROFESOR: JORGE OJEDA

INDICE: ANTES DE EMPEZAR: 3

¿QUE ES LA MECÁNICA DE FLUIDOS?

¿QUE SON LOS FLUIDOS?

¿QUÉ ES LA HIDRÁULICA? 4

HIDROSTÁTICA 5

HIDRODINÁMICA 6

PRINCIPALES CONTRIBUYENTES A LA HIDRÁULICA 7

BLAISE PASCAL 8

LEY DE PASCAL 9

EJEMPLO DE EJERCICIO DE LA LEY DE PASCAL EN LA HIDRÁULICA 10

JOSEPH BRAMAH 11

LA PRENSA HIDRÁULICA 12

PARTES DE LA PRENSA HIDRÁULICA 13

DANIEL BERNOULLI 14

PRINCIPIO DE BERNOULLI 15

EJEMPLOS DE BERNOULLI EN LA ACTUALIDAD 17

CONCLUSIONES DE LO APRENDIDO 18

ANTES DE EMPEZAR: ¿QUÉ ES LA MECÁNICA DE FLUIDOS?

• LA MECÁNICA DE FLUIDOS ES UNA SUB RAMA DE LA MECÁNICA (DE LA RAMA LLAMADA MECÁNICA DE MEDIOS CONTINUOS), QUE ESTUDIA EL MOVIMIENTO O COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS Y LAS FUERZAS QUE LO PROVOCAN .

¿QUÉ SON LOS FLUIDOS?

• LOS FLUIDOS SON UN ESTADO DE LA MATERIA QUE NO TIENE FORMA DEFINIDA, LA CUAL PARA PODER ANALIZARLA NECESITA DE UN RECIPIENTE.

• LOS ESTADOS DE UN FLUIDO PUEDEN SER :

- SOLIDO

- LIQUIDO

- GASEOSO

¿ QUE ES LA HIDRÁULICA?

LA INGENIERÍA HIDRÁULICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS FLUIDOS CUYOS ESTUDIOS SON:

LA HIDROSTÁTICA

LA HIDRODINÁMICA

HIDROSTÁTICA:LA HIDROSTÁTICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LOS LÍQUIDOS O FLUIDOS

ESTÁTICOS YA SEA SEGÚN SU ESTADO.

ESTA ES PRINCIPALMENTE USADA PARA GENERAR ENERGÍA O OTRAS COSAS UTILES AL UTILIZAR LÍQUIDOS INCOMPRESIBLES LO CUALES NO PUEDEN INTENTAR DE SER MAS COMPRIMIDOS POR SU ESTADO.

TODO LIQUIDO ES INCOMPRESIBLE (EXCEPTO POR LOS GASES QUE SON COMPRESIBLES).

HIDRODINÁMICALA HIDRODINÁMICA ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA LOS LÍQUIDOS O FLUIDOS EN

MOVIMIENTO.

EN ELLO SE PUEDE CONSIDERAR LA VISCOSIDAD, LA PRESIÓN, EL FLUJO Y EL GASTO DEL LIQUIDO.

SUS EJEMPLOS MAS OCURRENTES PUEDEN SER LOS BARCOS LAS BOMBAS HIDRÁULICAS, LAS TURBINAS, FRENOS, ETC.

PRINCIPALES CONTRIBUYENTES A LA HIDRÁULICA

LA HIDRÁULICA TARDO MILES DE AÑOS EN LLEGAR A LO QUE ES HOY TODO EMPEZÓ CON LOS GRIEGOS EN EL AÑO 250 AC EMPEZARON A UTILIZAR LA HIDRÁULICA COMO EN EL RELOJ DE AGUA O DISPOSITIVOS DE ENTRETENCIÓN ( ENTRE ELLOS ARQUÍMEDES POR LA REGLA DEL PRINCIPIO DE LA FLOTABILIDAD).

DESPUÉS LE SIGUIERON LOS ROMANOS CON UN SISTEMA DE ACUEDUCTOS QUE ABASTECÍA A ROMA Y LA RUEDA HIDRÁULICA.

DE HAY NO HUBO AVANCES HASTA EL SIGLO XVII.

BLAISE PASCALEL 19 DE JUNIO 1623 NACIÓ BLAISE PASCAL EN CLERMONT (HOY CLERMONT-FERRAND)DESPUÉS DE QUE SU MADRE MURIÓ EN 1626 DECIDEN 3 AÑOS DESPUÉS TRASLADARSE A PARIS. YA A LOS 14 AÑOS COMIENZA EL A FRECUENTAR CON SU PADRE LA ACADÉMIE MERSENNE.

EN 1640 SALIÓ LA PUBLICACIÓN DEL «TEOREMA DE PASCAL» (EN ESSAI SUR LES CONIQUES) SIENDO EL AÑO SIGUIENTE EL AÑO EN QUE EMPEZÓ A CONSTRUIR LA MAQUINA DE CALCULAR («PASCALINA»).YA 7 AÑOS DESPUÉS TRABAJO EN FÍSICA DESCUBRIENDO LA LEY DE LOS VASOS COMUNICANTES. A LOS 28 AÑOS SALIÓ LA PUBLICACIÓN DE TRAITÉ DU VIDE. DEDICACIÓN A LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS CICLOIDES Y MUERTE DEL PADRE (ÉTIENNE PASCAL).

YA PARA1654 SALIÓ LA PUBLICACIÓN DE TRAITÉ DU TRIANGLE ARITHMÉTIQUE (TEORÍA DE PROBABILIDAD Y COMBINATORIA),YA EN EL TRAITÉ DES SINUS UTILIZA EL MÉTODO DE DEMOSTRACIÓN DE LA INDUCCIÓN MATEMÁTICA, EL INTERÉS EN LOS TRABAJOS DE LEIBNIZ Y POR EL CÁLCULO DIFERENCIAL E INTEGRAL Y ADEMÁS EL COMIENZO DE LA FASE MÍSTICA. DESPUÉS SE RETIRO EN EL MONASTERIO JANSENISTA DE PORT ROYAL, LA PUBLICACIÓN DE ENTRETIEN AVEC SAVI SUR EPICTÈTE ET MONTAIGNE JUNTO A OTROS TRABAJOS. EN 1656 SALIÓ LA PUBLICACIÓN DE LETTRES À UN PROVINCIAL («CARTAS PROVINCIALES»).

EL 19 DE AGOSTO DE 1662 MURIÓ EN PARÍS BLAISE PASCAL A LOS 39 AÑOS DE EDAD.

“

”

LEY DE PASCALLA LEY DE PASCAL DICE QUE LA PRESIÓN EJERCIDA POR UN FLUIDO INCOMPRESIBLE Y EN EQUILIBRIO DE UN RECIPIENTE DE PAREDES

INDEFORMABLES SE TRANSMITE CON IGUAL INTENSIDAD EN TODAS DIRECCIONES Y EN TODOS LOS PUNTOS DEL FLUIDO.

ESTA LEY ES PARTE DE LA BASE DE LA HIDRÁULICA ACTUAL.

P2= PRESIÓN EJERCIDA SOBRE EL ÉMBOLO MAYOR

P1= PRESIÓN EJERCIDA SOBRE EL ÉMBOLO MENOR

F2 = FUERZA EJERCIDA SOBRE EL ÉMBOLO MAYOR

F1 = FUERZA EJERCIDA SOBRE EL ÉMBOLO MENOR

S2= SUPERFICIE DEL ÉMBOLO MAYOR

S1= SUPERFICIE DEL ÉMBOLO MENOR

P1=P2

F1=P1S1

1S2=P2S2=F2  

F1=F2 (S1/S2)      O     F2=F1 (S2/S1)

LA RELACIÓN QUE HALLA EN LA SECCIONES DARÁ EL RESULTADO DE LAS FUERZAS DE LOS ÉMBOLOS ÓSEA SI LA FUERZA APLICADA EN EL EMBOLO PEQUEÑO ES MAYOR, SERÁ MAYOR EN EL EMBOLO GRANDE DEPENDIENDO DE |LA SECCIONES.

EJEMPLO DE EJERCICIO DE LA LEY DE PASCAL EN LA HIDRÁULICA

  SE DESEA ELEVAR UN CUERPO DE 1000 KG UTILIZANDO UNA ELEVADORA HIDRÁULICA DE PLATO GRANDE CIRCULAR DE 50 CM DE RADIO Y PLATO PEQUEÑO CIRCULAR DE 10 CM DE

RADIO, CALCULA CUÁNTA FUERZA HAY QUE HACER EN EL ÉMBOLO PEQUEÑO.

EN ESTE EJERCICIO NOS DAN DATOS PARA CALCULAR LAS DOS SUPERFICIES Y PARA EL PESO A LEVANTAR, ES DECIR CALCULAMOS PREVIAMENTE S1, S2, F2  Y CALCULAMOS F1

DESPEJANDO.

F1/S1=F2/S2 SE DESPEJA ESTA ECUACIÓN Y QUEDA F1=F2 (S1/S2)      

S2=Π R2 = Π 0,52 = 0,785 MT2 

(PARA SACAR ESTO HAY QUE PASAR DE CENTÍMETROS A METROS).

S1=Π R2 = Π 0,01 = 0,0314 MT2(Π = 1.14)     F2  = M G = 1000 · 9,8 = 9800 N

F1= 9800N (0,0314MT2/0,785MT2)  F1=  241,6N (DONDE N = KG · MT/S2)

JOSEPH BRAMAHMECÁNICO E INVENTOR BRITÁNICO JOSEPH BRAMAH NACIÓ EL 13 DE ABRIL DE 1748 EN STAINBOROUGH.

MAS O MENOS A LA EDAD DE 16 AÑOS, ENTRÓ COMO APRENDIZ DEL CARPINTERO DEL PUEBLO, Y PRONTO SE CONVIRTIÓ EN UN ARTESANO DE PRIMERA, CONSTRUYENDO VIOLINES Y VENDIENDO. CON EL DINERO AHORRADO, SE TRASLADÓ A LONDRES, DONDE ENCONTRÓ TRABAJO CON UN EBANISTA. POSTERIORMENTE, ABRIÓ SU PROPIA TIENDA DE EBANISTERÍA.

ADEMÁS DE REGENTAR SU TIENDA, BRAMAH SE DEDICÓ A LA INSTALACIÓN DE RETRETES. . EN 1778 PATENTÓ UNA VÁLVULA CON BISAGRAS EN LA PARTE INFERIOR DEL RECIPIENTE, QUE GARANTIZABA EL AISLAMIENTO DE LOS RESIDUOS.( EL CUAL FUE UN ÉXITO). TAMBIÉN PATENTÓ UN CERROJO APRUEBA DE GANZÚAS ( AUN EN ACTUALIDAD EXISTE ESA COMPAÑÍA SE SEGUROS, LA CUAL FABRICA Y COMERCIALIZA CERRADURAS).  PERO QUIZÁS EL INVENTO MÁS IMPORTANTE DE BRAMAH FUE LA PRENSA HIDRÁULICA. ESTA PRENSA PERMITE APLICAR GRAN PRESIÓN PARA DAR FORMA A LOS MATERIALES METÁLICOS, APLICANDO EL PRINCIPIO DE PASCAL.

BRAMAH FUE UN INVENTOR PROLÍFICO Y OBTUVO 18 PATENTES PARA SUS DISEÑOS. ENTRE ELLOS DESTACAN UN MOTOR DE CERVEZA, UNA MÁQUINA DE CEPILLADO, UNA MÁQUINA DE HACER PAPEL, UNA IMPRESORA AUTOMÁTICA DE BILLETES CON NÚMEROS DE SERIE SECUENCIALES, UNA PLUMA ESTILOGRÁFICA, MÁQUINAS-HERRAMIENTAS DE PRECISIÓN, UN TORNO DE DISEÑO, PATENTÓ EL PROCESO DE FABRICACIÓN DE TUBERÍAS DE PLOMO E IDEÓ UN SISTEMA DE HÉLICES PARA IMPULSAR LOS BUQUES Y UNO DE LOS FUNDADORES DEL CONTROL DE CALIDAD INDUSTRIAL.

LA PRENSA HIDRÁULICAEN 1795 SE LE CONCEDIÓ UNA PATENTE PARA SU PRENSA HIDRÁULICA,

QUE EN LA ACTUALIDAD SIGUE SIENDO CONOCIDA COMO PRENSA BRAMAH

LA PRENSA HIDRÁULICA

ESTA PRENSA QUE ES UNO DE LOS ELEMENTOS MAS IMPORTANTES HECHOS POR BRAMAH

EL CUAL PERMITE APLICAR GRAN PRESIÓN PARA DAR FORMA A LOS MATERIALES METÁLICOS,

APLICANDO EL PRINCIPIO DE PASCAL.

CONSTA DE DOS TUBOS PARALELOS DE DISTINTO DIÁMETRO, LLENOS DE FLUIDO Y CERRADOS POR DOS PISTONES. UNA FUERZA REDUCIDA APLICADA AL PEQUEÑO SE TRANSMITE A TRAVÉS DEL FLUIDO Y SE TRANSFORMA EN OTRA MAYOR SOBRE EL PISTÓN GRANDE.

EN 1795 SE LE CONCEDIÓ UNA PATENTE PARA SU PRENSA HIDRÁULICA, QUE EN LA ACTUALIDAD SIGUE SIENDO CONOCIDA COMO PRENSA BRAMAH.

PARTES DE LA PRENSA HIDRÁULICA

1) BOMBA HIDRÁULICA MANUAL 6

2) ESTANQUE HIDRÁULICO

3) VÁLVULA DE RETENCIÓN 5

4) VÁLVULA DE RETENCIÓN

5) CILINDRO HIDRÁULICO 1

6) BRAZO MECÁNICO 7

7) PISTÓN 3

8) VÁLVULA DE CONTROL 4

DE ALIMENTACIÓN 8

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DANIEL BERNOULLI (1700 - 1782).

CIENTÍFICO HOLANDÉS (NACIDO EN GRONINGEN) QUE DESCUBRIÓ LOS PRINCIPIOS BÁSICOS DEL COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS. ERA HIJO DE JEAN BERNOULLI Y SOBRINO DE JACQUES BERNOULLI, DOS INVESTIGADORES QUE HICIERON APORTACIONES IMPORTANTES AL PRIMITIVO DESARROLLO DEL CÁLCULO.

DESDE MUY PRONTO MANIFESTÓ SU INTERÉS POR LAS MATEMÁTICAS. AUNQUE CONSIGUIÓ UN TÍTULO MÉDICO EN 1721 POR PETICIÓN DE SU PADRE EN LA UNIVERSIDAD DE BASILEA (DONDE SU PADRE ENSEÑABA), FUE PROFESOR DE MATEMÁTICAS EN LA ACADEMIA RUSA DE SAN PETERSBURGO EN 1725. POSTERIORMENTE DIO CLASES DE FILOSOFÍA EXPERIMENTAL, ANATOMÍA Y BOTÁNICA EN LAS UNIVERSIDADES DE GRONINGEN Y BASILEA, EN SUIZA.

BERNOULLI PROMOVIÓ EN EUROPA LA ACEPTACIÓN DE LA NUEVA FÍSICA DEL CIENTÍFICO INGLÉS ISAAC NEWTON. ESTUDIÓ EL FLUJO DE LOS FLUIDOS Y FORMULÓ EL TEOREMA SEGÚN EL CUAL LA PRESIÓN EJERCIDA POR UN FLUIDO ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A SU VELOCIDAD DE FLUJO. UTILIZÓ CONCEPTOS ATOMÍSTICOS PARA INTENTAR DESARROLLAR LA PRIMERA TEORÍA CINÉTICA DE LOS GASES, EXPLICANDO SU COMPORTAMIENTO BAJO CONDICIONES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA CAMBIANTES EN TÉRMINOS DE PROBABILIDAD. SIN EMBARGO, ESTE TRABAJO NO TUVO GRAN REPERCUSIÓN EN SU ÉPOCA. BERNOULLI MURIÓ EL 17 DE MARZO DE 1782 EN BASILEA.

PRINCIPIO DE BERNOULLIEL TEOREMA QUE POR PRIMERA VEZ ENUNCIÓ DANIEL BERNOULLI EN EL AÑO 1726, DICE: EN TODA CORRIENTE DE AGUA O DE AIRE LA PRESIÓN ES GRANDE CUANDO LA VELOCIDAD ES PEQUEÑA Y, AL CONTRARIO, LA PRESIÓN ES PEQUEÑA CUANDO LA VELOCIDAD ES GRANDE (ESO GENERA UN CORRO A PROPULSIÓN SI ES AGUA).

LA ECUACIÓN DE BERNOULLI ( O TRINOMIO DE BERNOULLI).

DONDE:

V = VELOCIDAD DEL FLUIDO EN LA SECCIÓN RECOMENDADA

G = ACELERACIÓN GRAVITATORIA

Z = ALTURA EN LA DIRECCIÓN DE LA GRAVEDAD DESDE UNA COTA DE

REFERENCIA.

P = PRESIÓN A LO LARGO DE LA LÍNEA DE LA CORRIENTE

P = DENSIDAD DEL FLUIDO

- PARA APLICAR LA ECUACIÓN SE DEBEN REALIZAR LOS SIGUIENTES SUPUESTOS:

- VISCOSIDAD (FRICCIÓN INTERNA) = 0 ES DECIR, SE CONSIDERA QUE LA LÍNEA DE CORRIENTE SOBRE LA CUAL SE APLICA SE ENCUENTRA EN UNA ZONA 'NO VISCOSA' DEL FLUIDO.

- CAUDAL CONSTANTE

- FLUJO INCOMPRESIBLE, DONDE Ρ ES CONSTANTE.

- LA ECUACIÓN SE APLICA A LO LARGO DE UNA LÍNEA DE CORRIENTE O EN UN FLUJO IRROTACIONAL.

UN CLARO EJEMPLO DE EL PRINCIPIO DE BERNOULLI EN LA AVIACIÓN ES LA ELEVACIÓN DE UN AVIÓN POR QUE GRACIAS AL DISEÑO DE LAS ALAS EL AIRE RECORRE MAYOR DISTANCIA POR LA PARTE SUPERIOR DE EL ALA QUE POR LA PARTE INFERIOR. DADO QUE DEBE LLEGAR AL FINAL DEL ALA EN EL MISMO INSTANTE, POR UN SITIO HA DE HACERLO CON UNA VELOCIDAD MAYOR, Y ESTO IMPLICA UNA PRESIÓN MENOR ( VELOCIDAD Y PRESIÓN SON INVERSAMENTE PROPORCIONALES ) DE HAY QUE SE ORIGINE UNA FUERZA DE EMPUJE EN SENTIDO VERTICAL.

Ejemplos de Bernoulli en la actualidad

CONCLUSIÓN DE LO APRENDIDOHOY EN DÍA LA HIDRÁULICA SE OCUPA PARA TODO DESDE LAS MAQUINAS Y ROBOTS HASTA EN LAS COSAS MENOS ESPERADAS.

EL PRINCIPIO O INICIO DE LA HIDRÁULICA: EL INICIO CONOCIDO DE LA HIDRÁULICA EMPEZÓ CON LOS GRIEGOS QUE LO OCUPABAN POR ENTRETENCIÓN Y ROMANOS CON ACUEDUCTOS QUE ABASTECÍAN A TODA ROMA. LUEGO SIGUIÓ BLAISE PASCAL EN EL SIGLO XVII CON SU TEORÍA DE LOS VASOS COMUNICANTES. EL CUAL HACIA MULTIPLICAR LA FUERZA POR 10 PERO DISMINUYENDO LA MISMA CANTIDAD SU VELOCIDAD (EN BASE A UNA PRUEBA QUE HISO CON UNOS VASOS Y UNA CONEXIÓN ENTRE ELLOS) CON EL CUAL JOSEPH BRAMAH EN EL SIGLO XVIII LOGRO HACER LA PRIMERA PRENSA HIDRÁULICA LA CUAL MULTIPLICABA LA FUERZA HUMANA POR 10 VECES EN BASE A ESO SE HA CREADO LO Q HOY ES LA HIDRÁULICA.

YA EN EL MISMO SIGLO DE BRAMAH, BERNOULLI HISO TAMBIÉN SU COLABORACIÓN EN LA HIDRÁULICA CON SU PRINCIPIO O TAMBIÉN LLAMADO TRINOMIO DE BERNOULLI LA CUAL DICE QUE; LA PRESIÓN DE AGUA O DE AIRE ES GRANDE CUANDO LA VELOCIDAD ES PEQUEÑA Y LO MISMO AL REVÉS.

CON ESTO SE PUDO TAMBIÉN AUMENTAR LA PRESIÓN DISMINUYENDO SU VELOCIDAD, CON LA CUAL

PODRÍAMOS EJERCER UNA FUERZA SUPERIOR UTILIZANDO UNA PIEZA CON UNA ENTRADA MAS GRANDE Y UNA SALIDA MAS PEQUEÑA.