PRINCIPIOS DE LA HIDRAULICA

Alumno: Eliezmar

YepezC.I: 23917607

Prof. Marie Mendoza

Hidráulica

HIDRAULICA

Es la parte de la mecánica que estudia el equilibrio y el movimiento de los

fluidos.

FLUJO UNIFORME

Canales: son conductos abiertos o cerrados en los cuales el agua circula debido a la acción de la gravedad y sin ninguna presión, pues la superficie libre del liquido esta en contacto con la atmosfera, esto quiere decir que el agua fluye impulsada por la presión atmosférica de su propio peso.

Clasificación de los canales: de acuerdo con su origen los canales se clasifican en, Canales naturales y Canales artificiales.

Canales naturales: incluyen todos los cursos de agua que existen de manera natural en la tierra, los cuales varían en tamaño desde pequeños arroyuelos en zonas montañosas, hasta quebradas, ríos pequeños y grandes, arroyos, lagos y lagunas. La sección transversal de un canal natural generalmente de forma irregular y variable durante su recorrido.

Canales artificiales: son todos aquellos construidos o desarrollados mediante el esfuerzo de la mano del hombre, tales como: canales de riego, de navegación, control de inundaciones, canales de centrales hidroeléctricas, entre otros. Ellos usualmente se diseñan con formas geométricas regulares, un canal construido con una sección transversal invariable. Estas secciones transversales mas comunes son: sección trapezoidal, sección rectangular, sección triangular y sección parabólica.

CLASIFICACION DEL FLUJO EN CANALES ABIERTOS

Puede clasificarse en muchos tipos y describirse de diferentes maneras. La siguiente clasificación se hace de acuerdo con el cambio de los parámetros profundidad, velocidad, área, etc. Del flujo con respecto al tiempo y a el espacio.

1.- Flujo permanente-Flujo uniforme-Flujo variado*Flujo gradualmente variado*Flujo rápidamente variado2.- Flujo no permanente-Flujo uniforme no permanente-Flujo variado no permanente*Flujo gradualmente variado no permanente*Flujo rápidamente variado no permanente

Flujo permanente y flujo no permanenteEl flujo es permanente si los parámetros (tirante,

velocidad, área, etc.), no cambian con respecto al tiempo, es decir, en una sección del canal en todos los tiempos los elementos del flujo permanecen constantes. Si los parámetros cambian con respecto al tiempo el flujo se llama no permanente.

Flujo uniforme y flujo variadoEl flujo es uniforme si los parámetros (tirante,

velocidad, área, etc.) no cambian con respecto al espacio, es decir, en cualquier sección del canal los elementos del flujo permanecen constantes. Si los parámetros varían de una sección a otra, el flujo se llama no uniforme o variado.

Flujo uniforme permanenteLa profundidad del flujo no cambia durante el

intervalo de tiempo bajo consideración, es el tipo de flujo fundamental que se considera en la hidráulica de canales abiertos.

Flujo uniforme no permanenteEl establecimiento de flujo de uniforme no

permanente requeriría que la superficie del agua fluctuara de un tiempo a otro pero permaneciendo paralela al fondo del canal.

Flujo rápidamente variadoEs rápidamente variado si la profundidad del agua

cambia de manera abrupta en distancias comparativamente cortas, como es el caso del resalto hidráulico.

Flujo gradualmente variadoEs aquel en el cual los parámetros cambian en

forma gradual a lo largo del canal.

CARACTERISTICAS GENERALES DEL FLUJO A SUPERFICIE LIBRE

Comparación entre flujos en tuberías y flujo en canales abiertos.

El flujo de agua en un conducto puede ser flujo en canal abierto o flujo en tubería. Estas dos clases de flujo son similares en muchos aspectos pero se diferencian en un aspecto importante. El flujo en canal abierto debe tener una superficie libre, en tanto que el flujo en tubería no la tiene, debido que a este caso el agua debe llenar completamente el conducto. Una superficie libre esta sometida a la presión atmosférica, el flujo en tubería al estar confinado en un conducto cerrado, no esta sometido a la presión atmosférica de manera directa si no solo a la presión hidráulica.

SISTEMA HIDRAULICO BASICOActuamos con una fuerza sobre él embolo de una bomba simple. La fuerzadividida por la superficie nos da la presión ( P= F/A)Cuando más se empuje él embolo, esdecir cuando mayor es la fuerza,mas crecerá la presión, que actúa sobre la superficie, y puede levantar lacarga ( F= P x A)Si la carga pertenece constante, lapresión no aumentara mas, la presiónse acomoda siempre a la resistencia que se opone al flujoDel liquido.

HIDROESTATICAPRESION HIDROESTATICA• Una columna de liquido ejerce, por

su propio peso, una presión sobre una superficie en que actúa. La presión es función de la columna en función de la altura de la columna (h), de la densidad (&) y de la aceleración de gravedad (g)Presión = h x & x g Si se toman recipientes de formas distintas y llenados con el mismo liquido, la presión será función solamente de la altura P1 = P2 =P3, A1=A2 =A3 LA FUERZA RESULTANTE F1= F2= F3

PRESION POR FUERZAS EXTERNAS (LEY DE PASCAL)

Actúa una fuerza externa F sobre una superficie A, se produce en él liquido una presión La presión es función de la magnitud de la fuerza perpendicular ala superficie P= F/A LA PRESION SE DISTRIBUYE UNIFORMEMENTE EN TODOS LOS SENTIDOS ES IGUAL EN TODOS LADOS.

HIDRODINAMICA

Ecuación del flujo Si un liquido fluye por un

tubo de sección variable, el volumen que

pasa por unidad de tiempo es el mismo,

independiente de la sección La velocidad

del flujo varia Caudal Q = V/ t Q = caudal

V = volumen T = tiempo A = superficie S

= espacio V = A x S

• Reemplazando Q = A x S / t

• El espacio S en el tiempo es = velocidad v

= S/t

• Obtenemos Q = A x v

ECUACION DE CONTINUIDAD

A1 x v1 A2 x v2 Q1 = Q2Es la relación del caudal que existe entre dos puntos

diferentes.Ecuación de la energía de Bernoulli esta ecuación

nos dice que en un flujo la energía permanece constante siempre que no haya intercambio con el exterior La energía total esta compuesta por: Energía potencial = energía de posición en función de la altura de la columna del fluido. Energía de presión ( presión estática) al energía Cinemática =energía del movimiento en función de la velocidad del flujo presión dinámica.

• Ecuación de Bernoulli g x h + P/ & + v2 / 2 = cte. la relación a la energía de presión es: Pt = Pst + & + g x h + &/ 2 x v2 Pt = presión total Pst = presión estática & x g x h = presión de la columna del fluido &/2 x v2 = presión dinámica.

Así a través de la ecuación de continuidad y energía podemos deducir: Cuando disminuye la sección del pasaje aumenta la velocidad y por lo tanto le energía cinética también aumenta dado que la energía total permanece constante es necesario que reduzcan la energía de posición ó energía de presión o ambas la energía de posición varia en forma despreciable en estos casos. Por lo tanto, tiene que variar la presión estática; varia en función de la presión dinámica y esta es a la vez función de la velocidad.

PERDIDA DE ENERGÍA POR FRICCIÓN ESTANDO ÉL LIQUIDO EN REPOSO, LAS PRESIONES SON IGUALES

ANTES, DURANTE Y DESPUÉS DE UNA ESTRANGULACIÓN; SON IGUALES A LO LARGO DE TODA LA TUBERÍA SI UN LIQUIDO FLUYE EN UN SISTEMA EN UN SISTEMA SE PRODUCE CALOR POR LA FRICCIÓN Y SE PIERDE ENERGÍA EN FORMA DE ENERGÍA TÉRMICA; SIGNIFICANDO ELLO PERDIDA DE PRESIÓN (FIGURA ANTERIOR). LA ENERGÍA HIDRÁULICA NO SE PUEDE TRASMITIR SIN PERDIDAS. LAS PERDIDAS POR FRICCIÓN DEPENDEN DE

• LONGITUD DE LA TUBERÍA• RUGOSIDAD DE LA TUBERÍA• CANTIDAD DE CODOS Y CURVAS• SECCIÓN DE LA TUBERÍA• VELOCIDAD DEL FLUJO

NUMERO DE REYNOLDS

El tipo de flujo puede ser determinado con el numero de Reynold Re= v x Dh / V” adimensional

V = velocidadDh = diámetro interior de la tuberíaDh = 4x A/U A= área U = PerímetroV” = viscosidad cinemática ( m2 / S)• Re critico = 2300Este valor es valido para tubos redondos rectos y lisos con él

numero de Reynold critico, el flujo cambia de laminar a turbulento o viceversa

• Re < que Re critico flujo laminar• Re > que Re critico flujo turbulento

COMPONENTES DE LOS CIRCUITOS

HIDRÁULICOS

• Estanque = Almacena él liquida, disipa calor pueden ser Abiertos, o presurizados

• Conductos = Líneas que transportan él liquido pueden ser flexibles o rígidas

• Bomba = Permite colocar en movimiento él liquido transforman la energía mecánica en energía hidráulica pueden ser, paleta, pistones, engranaje, centrifugas

• Válvulas = Controlan la dirección del flujo, la presión y caudales

• Accionadores = Permiten realizar el trabajo transforman la energía hidráulica en energía mecánica, motores, cilindros.

ESTANQUE

Partes principales de un estanque

1. - Rejilla de llenado, 2. - Filtro de Retor

no 3. - Mirilla, 4. - Salida Bomba 5. - Tapón

Magnético 6. - Retormo 7. - Deflector 8.

- Válvula de Alivio 9. - Respiradero

CONDUCTOSLos conductos son los encargados

de transportar los líquidos de un lugar a otro, pueden ser rígidos como cañerías y flexibles como las mangueras; estas ultimas tienen diferentes materiales dependiendo del tipo de liquido y presiones que deben soportar.

BOMBASExisten diferentes tipos de

bombas:• Bomba de engranajeCaracterísticas: Estas bombas son

de bajo costo, aceptan impurezas son desplazamiento fijo y positivo.

• Bombas de Paletas Características: estas bombas son

de baja contaminación acústica, sé auto ajustan por desgaste no aceptan grandes presiones, desplazamiento fijo y positivo.

• Bombas de PistonesCaracterísticas: Estas bombas

no aceptan impurezas, son de altas presiones, son desplazamiento positivo, de caudal fijo o variable.

• Bombas Centrifugas Características: estas bombas

son de bajas presiones, desplazamiento no positiva.

ACUMULADORES

• Existen tres tipos de acumuladores, cargado por resortes peso y gas.

Las válvulas se identifican en tres categorías, en reguladoras de

presión, direcciones, y reguladoras de flujo.

• Válvula de alivio principal: Son válvulas que limitan la presión máxima en un sistema estas pueden ser piloteadas o no.

• Válvula de alivio de línea: Son semejantes a las válvulas de alivio principal pero son por lo general ajustadas aun valor mayor que la de alivio principal permitiendo que se abran por golpes externos, cuando la válvula direcciones se mantiene cerrada. En ocasiones también las encontraremos ajustadas a menor presión y se encuentran en determinados sistemas donde protegeremos los implementos.

• Válvula de alivio modulada: Esta válvula permite un aumento de presión gradual a través del tiempo dado por el orificio restrictor se usan en el control hidráulico de algunas transmisiones.

• Válvula reductora: Son válvulas que reducen la presión para determinados sistemas, reducen la presión después de la válvula.

IMPORTANCIA DE LOS PRINCIPIOS DE LA HIDRÁULICA EN LA INGENIERÍA CIVIL

Es importante ya que el estudiante al estar familiarizado con los principios básicos de la hidráulica como lo son: Principio de la continuidad, Energía y Bernoulli podrá analizar y reconocer el estudio de las tuberías a través de los mismos, los cuales son usadas para transportar el vital liquido como lo es el agua. Este contenido basado en los conceptos de un fluido, si el mismo es turbulento o laminar, nos permite identificar las condiciones del mismo, para el diseño de canales y estructuras de conducción.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAShttp://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanica-general/CURSO%20DE%20HIDRAULICA/HIDRAULICA.pdfhttp://es.slideshare.net/CarlosPajuelo/hidraulica-de-canales-pedro-rodriguez?qid=9ff98e44-9429-4e65-983e-19fdc8bd73ba&v=&b=&from_search=1