Este documento resume conceptos clave de la hidráulica. Explica que la hidráulica estudia las propiedades mecánicas de los fluidos y cómo aplicar este conocimiento en ingeniería. Se divide la hidráulica en hidrostática, que estudia los líquidos en reposo, e hidrodinámica, que estudia los líquidos en movimiento. También explica conceptos como presión, densidad, principios de Pascal y Arquímedes, gasto, ecuación de continuidad y el teorema de Bernoulli.

1. Colegio de bachilleres de CoahuilaMaría Guadalupe Olaiz Física II 1

2. Unidad 1: Hidráulica 2 Física II

3. INTRODUCCION: Esta presentación contiene temas sobre la hidráulica, la cual estudia las propiedades mecánicas de los fluidos y se aplica también en ingeniería para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite, para saber como utilizar de mejor manera el agua y sus cambios al ser expuestos a otras sustancias y así darle un mejor aprovechamiento. Por medio de las imágenes se muestra algo referente al tipo de tema para dar una mejor explicación de cómo se llevan a cabo los procesos referentes a estos temas. 3

4. Índice: Unidad 1. hidráulica. 1.1 Hidrostática…………………………………………………………….. ……... 1.1.1 Concepto e importancia del estudio de la hidráulica y su división……… …………. 1.1.2 Características de los líquidos: viscosidad, tensión superficial, cohesión, adherencia y capilaridad…………………………………………. .…. 1.1.3 densidad y peso especifico………………………………………………… …... 1.1.4 Presión hidrostática (ph). Presión atmosférica (patm). Presión absoluta (pads)……………………………………………………..…………………... 1.1.5 Principios de pascal………………………………………………………….... 1.1.6 Principios de Arquímides……………………………………………………..... 1.2 Hidrodinámica………………………………………………………………...... 1.2.1 Concepto de hidrodinámica y sus aplicaciones…………………………………..... 1.2.2 Gasto y ecuación de continuidad……………………………………………........ 1.2.3 El teorema de Bernoulli………………………………………………………... 4

5. hidrostática Es la rama de mecánica de fluidos, estudia todos los fluidos en reposo. Un fluido es cualquier sustancia capaz de fluir como los líquidos y los gases. También se puede aplicar a las presas. Ejemplo: Calcula la presión a una profundidad de 20 metros en el mar sabiendo que la densidad del agua del mar es de 1,03 kg/L. Aplicamos la expresión p = d · g · h, antes de nada debemos pasar la densidad del agua de mar a kg/m3, para ello utilizamos factores de conversión: 1.3kg/L * 1000L/m3 = 1030kg/m3 Por tanto: p = d · g · h = 1030 · 9,8 · 20 = 201880 Pa 5

6. Concepto e importancia del estudio de la hidráulica y su división. Es muy importante ya que nos ayuda a saber como es el movimiento de los líquidos y técnicas para aprovechar mejor el agua. Por medio de un diseño a pequeña escala, es posible determinar las características que deben de tener presas, puertos, canales, tuberías y maquinas hidráulicas como el gato y la prensa. Se divide en 2 partes. La hidrostática, que estudia los líquidos en reposo y la hidrodinámica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento entre otros como la velocidad, la presión, el flujo y el gasto liquido. Ejemplo: la formula de Presión = Fuerza/Superficie. P=F/S la Fuerza= Presión X Superficie; y Superficie=Fuerza/Presión.

7. 7 hidráulica Estudia la: Estudia la: Mecánica de los fluidos hidrodinámica hidrostática Lo que posibilita analizar: Estudia los líquidos en reposo Estudia los líquidos en movimiento leyes técnicas Que rige el movimiento de los líquidos Para el aprovechamiento de las aguas

8. Características de los líquidos 8

9. Tensión superficial Viscosidad La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone un liquido al fluir; como por ejemplo la leche contiene una viscosidad mayor a la del agua lo cual no provoca tanta salpicadura al momento de unirse. Es cuando un liquido tiene resistencia para aumentar su superficie, como cuando una aguja cae al agua y no se hunde, la tensión superficial puede afectar objetos de mayor tamaño impidiendo el hundimiento de este. 9

10. Cohesión Se define como la fuerza de atracción entre partículas (como son las moléculas que forman los líquidos) de la misma clase. Si tenemos dos partículas de forma aislada como en la siguiente figura, cada una de ellas se verá afectada por una fuerza que tiende a juntarlas y aproximarlas entre sí. Por ejemplo: Si dos gotas de agua se juntan forman una sola. Adherencia La adherencia es la fuerza de atracción que se manifiesta con dos sustancias diferentes en contacto, comúnmente las sustancias liquidas se adhieren a los cuerpos sólidos. Cerca de cuerpos sólidos tales como las paredes de una vasija, canal o cauce que lo contenga, Como cuando se unen ladrillos con cemento. 10

11. Capilaridad La capilaridad se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared sólida, especialmente si son tubos muy delgados. Depende de su tensión superficial la cual le da la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar, esto debido a la fuerza intermolecular. 11 Efectos de capilaridad.

12. 12 Densidad y peso especifico La densidad p de una sustancia, también llamada masa especifica, es una propiedad característica o intensiva de la materia y expresa la masa contenida de dicha sustancia en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa. El peso especifico de una sustancia se define como su peso en una cantidad de volumen D=m/v Pe= m/v g Pe= p g P= m g

13. Ejercicios de densidad y peso especifico En una empresa que fabrica productos para la limpieza, almacena el cloro de un tanque de 1000m3, considerando que su densidad a la temperatura del deposito(25 grados) es de 2.87 kg/m3 , determinen la masa correspondiente para que se pueda programar la producción del liquido limpiador. 13 Calcula la masa con el peso de los lingotes de acero que se obtiene en una colada de función considerando que la lingotera tiene las siguientes dimensiones: 1m de alto, 1.25m de ancho y 3m de largo, considera que el acero tiene una densidad de 7.8kg/dm3.

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15. Presión hidrostática La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes del recipiente que los contiene. Dicha presión actúa en todas direcciones y solo es nula en la superficie libre del líquido. A esta presión se le llama hidrostática Como cuando un vaso se coloca en el agua boca abajo, puesto que el aire siempre es empujado hacia arriba por que es menos denso que el agua y con la fuerza aplicada al vaso al aire no le queda mas que quedarse dentro, por lo tanto el agua no puede entrar pues el espacio lo esta ocupando el aire. Ph= pgh+ po la magnitud de esa fuerza calculada por unidad de superficie. (p) al peso específico de un líquido, (h) a la profundidad desde la superficie y (A) al área de la superficie que soporta la presión total, el valor de la presión hidrostática (Ph) 15

16. Ejemplos de hidrostática En un proceso industrial se almacena aceite de colza, cuya densidad es de .91kg/dm3 en un tanque (sin tapa) si el nivel de aceite es de 6m de altura, determina la presión que soporta las paredes del recipiente. Calcula la presión hidrostática de una presa que se encuentra a una profundidad de 36m cual es la magnitud de la fuerza que se ejerce en una compuerta de acero de .08m2 que se encuentra a tal profundidad. 16

17. Presión atmosférica La tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmosfera. El aire, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, la cual es llamada presión atmosférica. Presión absoluta Un líquido contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por su peso soporta la presión atmosférica, la cual se transmite uniformemente por todo el volumen del líquido. 17

18. Principios de Pascal Principios de Arquímedes La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo. puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la hidrostática y del carácter incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es constante, de modo que de acuerdo con la ecuación p = po + · g · h si se aumenta la presión en la superficie libre, por ejemplo, la presión en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que · g · h no varía al no hacerlo h. La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal Al introducir una pelota en agua, la pelota es empujada hacia arriba, por ello, se debe ejercer una fuerza hacia abajo si se desea mantenerla sumergida. al igual que al introducirnos en una alberca sentimos una pérdida de peso debido al empuje recibido por el agua. Principio de Arquímedes.- Todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado. E=PeV Todo cuerpo sumergido en un fluido parcial o completamente recibe el nombre de empuje ascendente originado por una fuerza igual al peso del fluido que desplaza. Se determinó matemáticamente como: E = Pe* V donde E es empuje. 18

19. Hidrodinámica Estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento.La hidrodinámica se aplica en el diseño de canales, puertos, presas, cascos de barcos, hélices, turbinas y conductos en general. Este movimiento esta definido por un campo vertical de las velocidades correspondientes a los distintos puntos de velocidades correspondientes a las partículas del fluido y de un campo escalar de posiciones a los distintos puntos del mismo. Estudia los fluidos compuestos de moléculas que se encuentran en movimiento constante, sus aplicaciones son las presas hidráulicas y las maquinas hidráulicas.G=V/t 19

20. Ejercicios de hidrodinámica Calcula el tiempo que tarda en llenarse una alberca que tiene una capacidad de 380m3, considerando que el agua se suministra con un gasto promedio de .25m3/s 20

21. Concepto de hidrodinámica y sus aplicaciones La hidrodinámica estudia todos los fluidos compuestos de moléculas que se encuentran en movimiento constante. La hidrodinámica es la parte de la física que estudia el movimiento de los fluidos. Este movimiento está definido por un campo vectorial de velocidades correspondientes a las partículas del fluido y de un campo escalar de presiones, correspondientes a los distintos puntos del mismo. Existen diversos tipos de fluidos: Flujo de fluidos a régimen permanente o intermitente Flujo de fluidos compresible o incompresible Flujo de fluidos viscoso o no viscoso. Viscosidad cero significa que el fluido fluye con total facilidad sin que haya disipación de energía. Los fluidos no viscosos incompresibles se denominan fluidos ideales. Flujo de fluidos rotaciones . Otro concepto de importancia en el tema son las líneas de corriente que sirven para representar la trayectoria de las partículas del fluido. Esta se define como una línea trazada en el fluido, de modo que una tangente a la línea de corriente en cualquier punto sea paralela a la velocidad del fluido en tal punto. Dentro de las líneas de corriente se puede determinar una región tubular del fluido cuyas paredes son líneas de corriente. A esta región se le denomina tubo de flujo. 21

22. Gasto y ecuación de continuidad El gasto es el volumen de un líquido que atraviesa una sección de un conductor en un segundo. Al gasto, también se le denomina flujo. También al gasto se le denomina en algunas ocasiones rapidez o velocidad de flujo. La ecuación de continuidad o conservación de masa es una herramienta muy útil para el análisis de fluidos que fluyen a través de tubos o ductos con diámetro variable. En estos casos, la velocidad del flujo cambia debido a que el área transversal varía de una sección del ducto a otra. Por ejemplo, el flujo de un rio con ancho constante es el mismo a lo largo de cierta longitud, entonces el agua deberá correr mas rápido en la superficie del rio que en las partes profundas. 22

23. El teorema de Bernoulli Al estudiar el comportamiento de los líquidos, descubrió que la presión de un liquido que fluye por una tubería es baja si su velocidad es alta y, por lo contrario, es alta si su velocidad es baja. Por tanto, la ley de la conservación de la energía también se cumple cuando los líquidos se encuentran en movimiento. Enuncio el siguiente teorema que lleva su nombre. “En un liquido ideal cuyo flujo es estacionario, la suma de las energías cinética, potencial y de presión que tiene el líquido en un punto es igual a la suma de esas energías en otro punto cualquiera”. 23