TEMA 11

INDICE

Texto Gua Hidrulica I

INDICE

PaginaINTRODUCCION

CAPITULO I

CONCEPTOS GENERALESI.1 OBJETIVOS DEL CAPITULO 1 I.2 MECANICA DE FLUIDOS 1I.3 DEFINICION DE FLUIDO 2I.4 FUERZA Y MASA 3 I.5 SISTEMA DE UNIDADES 3 I.6 DENSIDAD DE MASA 5I.7 PESO ESPECIFICO 6I.8 VISCOSIDAD 8I.9 TENSION SUPERFICIAL 9I.10 CAPILARIDAD 10 I.11 PRESION DE VAPOR 12I.12 COMPRESIBILIDAD 12EJERCICIOS RESUELTOS 14EJERCICIOS PROPUESTOS 27CAPITULO II

ESTATICA DE FLUIDOSII.1 OBJETIVOS DEL CAPITULO 29II.2 PRESION 29II.3 MEDICION DE PRESIONES 30

II.3.1 MEDIDORES Y TRANSDUCTORES DE PRESION 32

II.3.2 DESARROLLO DE LA RELACION PRESION-ELEVACION 34II.4 FUERZA SOBRE SUPERFICIES SUMERGIDAS 38

II.4.1 AREA PLANA VERTICAL SUMERGIDA 38

II.4.2 AREA PLANA INCLINADA SUMERGIDA 41

II.4.3 AREA CURVA SUMERGIDA 44

II.4.3.1 COMPONENTE HORIZONTAL 46

II.4.3.2 COMPONENTE VERTICAL 47

II.4.4 FUERZA SOBRE SUPERFICIE CURVA CON FLUIDO POR

DEBAJO DE ELLA 50

II.4.5 FUERZAS SOBRE SUPERFICIES CURVAS POR DEBAJO

Y POR ENCIMA DE ELLAS 51

II.4.6 PRESION UNIFORME SOBRE SUPERFICIES CILINDRICAS 52II.5 CUERPOS FLOTANTES Y FUERZA ASCENCIONAL 52

II.5.1 PRINCIPIO DE ARQUIMIDES 55

II.5.2 ESTABILIDAD DE CUERPOS COMPLETAMENTE SUMERGIDOS 58

II.5.3 ESTABILIDAD DE CUERPOS FLOTANTES 59

II.5.4 GRADO DE ESTABILIDAD 60

II.5.5 CURVA DE ESTABILIDAD ESTATICA 61II.6 MASAS FLUIDAS SOMETIDAS A ACELERACION CONSTANTE 62

II.6.1 EQUILIBRIO RELATIVO 63

II.6.2 ACELERACION LINEAL UNIFORME 63EJERCICIOS RESUELTOS 65EJERCICIOS PROPUESTOS 95CAPITULO III

CINEMATICA DE FLUIDOSIII.1 OBJETIVOS DEL CAPITULO 105III.2 CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FLUJO DE FLUIDOS 106

III.2.1 TIPOS DE FLUJO 106III.3 VELOCIDAD 108III.4 CAMPOS DE FLUJO 110

III.4.1 CAMPO DE ACELERACION 110

III.4.2 CAMPO ROTACIONAL 112III.5 TRAYECTORIA 113

III.5.1 LINEA DE CORRIENTE 113

III.5.2 TUBOS DE CORRIENTE 114III.6 VOLUMENES DE CONTROL 115

III.6.1 ECUACION GENERAL DEL VOLUMEN DE CONTROL 115III.7 LA CONSERVACION DE LA MASA-ECUACION DE CONTINUIDAD 119III.8 MOVIMIENTO Y DEFORMACION 123

III.8.1 TRASLACION 123

III.8.2 DILATACION 124

III.8.3 ROTACION 125

III.8.4 DEFORMACION LINEAL 126

III.8.5 DEFORMACION ANGULAR 126III.9 VORTICIDAD 127III.10 FUNCION DE CORRIENTE 128III.11 FLUJO POTENCIAL PLANO 129EJERCICIOS RESUELTOS 131 EJERCICIOS PROPUESTOS 144CAPITULO IV

DINAMICA DE FLUIDOSIV.1 OBJETIVOS DEL CAPITULO 149IV.2 DINAMICA DE FLUIDOS IDEALES INCOMPRESIBLES 149

IV.2.1 ECUACION DE EULER 150IV.3 RAPIDEZ DE FLUJO FLUIDO 151IV.4 TEOREMA DE BERNOULLI 152

IV.4.1 RESTRICCIONES A LA ECUACION DE BERNOULLI 157 IV.5 FLUJO EN ORIFICIOS-TEOREMA DE TORRICELLI 163

IV.5.1 TRAYECTORIA DE LA VENA LIQUIDA 166

IV.5.2 COEFICIENTE DE VELOCIDAD 167

IV.5.3 COEFICIENTE DE CONTRACCION 168

IV.5.4 COEFICIENTE DE GASTO O DESCARGA 169

IV.5.5 PERDIDA DE CARGA EN UNORIFICIO 169

IV.5.6 ORIFICIO SUJETO A CARGAS BAJAS 170

IV.5.7 ORIFICIO SUMERGIDOS O AHOGADOS 171

IV.5.8 ORIFICIO EN LAS TUBERIAS 172

IV.5.9 GASTO EN ORIFICIOS DE PARED GRUESA 173IV.6 ECUACION GENERAL DE LA ENERGIA 174

IV.6.1 NOMENCLATURA DE PRDIDAS Y ADICIONES DE ENERGIA 176

IV.6.2 ECUACION DE LA ENERGIA 177IV.7 FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO 180IV.8 NMERO DE REYNOLDS 183

IV.8.1 NUMEROS DE REYNOLDS CRITICOS 183IV.9 DINAMICA DE FLUIDOS REALES 184

IV.9.1 EFECTO DE LA VISCOSIDAD 185

IV.9.2 ECUACION DE NAVIER-STOKES 186

IV.9.3 FLUJO ENTRE PLACAS PARALELAS 187

IV.9.4 FLUJO EN TUBERIAS CIRCULARES DE

SECCION CONSTANTE 190

IV.9.5 TEORIA DE LA CAPA LMITE 191IV.10 TURBULENCIA 191IV.11 DISTRIBUCION DE VELOCIDADES 192EJERCICIOS RESUELTOS 194EJERCICIOS PROPUESTOS 221CAPITULO 5

FLUJO EN TUBERIASV.1 OBJETIVOS DEL CAPITULO 226V.2 PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE FLUJO EN TUBERIAS 227

V.2.1 CORRIENTE LAMINAR EN TUBERIAS 228

V.2.2 CORRIENTE TURBULENTA EN TUBERIAS 231 V.3 USO DEL DIAGRAMA DE MOODY 233V.4 ECUACIONES DEL FACTOR DE FRICCION 234V.5 PRDIDAS DE FRICCION EN SECCIONES TRANSVERSALES NO CIRCULARES 236V.6 RESISTENCIA AL FLUJO EN TUBERIAS (ECUACIONES) 237

V.6.1 FORMILA DE HAZEN-WILLIAMS 237

V.6.2 FORMULA DE MANNING 239 V.7 LONGITUD VIRTUAL 240

V.8 CONCEPTO DE LONGITUD EQUIVALENTE 241

V.9 PRDIDAS MENORES 244

V.9.1 COEFICIENTE DE RESISTENCIA 244

V.9.2 DILATACION SUBITA 245

V.9.3 PERDIDA DE SALIDA 247

V.9.4 DILATACION GRADUAL 248

V.9.5 CONTRACCION SUBITA 250

V.9.6 CONTRACCION GRADUAL 253

V.9.7 PERDIDA DE ENTRADA 255

V.9.8 PRDIDA POR VALVULAS 257

V.9.8.1 VALVULAS DE COMPUERTA 257

V.9.8.2 VALVULAS ESFERICAS 258

V.9.8.3 VALVULAS MARIPOSAS 258

V.9.9 PRDIDAS POR CAMBIO DE DIRECCION 259

V.9.9.1 BIFURCACIONES 259

V.9.10 CODOS DE TUBERIA 264V.10 GOLPE DE ARIETE 266V.11 PLANTEAMIENTO DE REDES 268

V.11.1 SISTEMA 269

V.11.2 SISTEMA H 269

V.11.3 SISTEMA Q 270

V.11.4 METODOS PARA SOLUCIONAR REDES DE TUBERIAS 271

a) METODO DE CROSS

b) METODO DE NEWTON-RAPHSON EJERCICIOS RESUELTOS 273EJERCICIOS PROPUESTOS 303CAPITULO VI

MAQUINARIA APLICADA A LA HIDRAULICADE TUBERIASVI.1 OBJETIVOS DEL CAPITULO 308VI.2 BOMBAS 309 VI.3 TIPOS DE BOMBAS 309

VI.3.1 BOMBAS DIRECTAS 309

VI.3.2 BOMBAS INDIRECTAS 309VI.4 POTENCIA REQUERIDA POR BOMBAS 310 VI.5 EFICIENCIA MECANICA DE LAS BOMBAS 310

VI.6 POTENCIA SUMINISTRADA A MOTORES DE FLUIDO 313VI.7 EFICIENCIA MECANICA DE LOS MOTORES DE FLUIDO 313

VI.8 TURBINAS 315

EJERCICIOS RESUELTOS 320EJERCICIOS PROPUESTOS 324CAPITULO VII

ANALISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA HIDRAULICAVII.1 ANALISISDIMENSIONALYSEMEJANZAHIDRAULICA 328

VII.2 ANALISIS DIMENSIONAL 329

VII.3 TEOREMA DE VASCHY-BUCKINGHAN ( ) 331

VI.4 NUMEROS ADIMENSIONALES Y SIMILITUD HIDRAULICA 332VI.5 NUMERO DE FREUD 333VI.6 NUMERO DE REYNOLDS 334VI.7 NUMERO DE EULER 335VI.8 NUMERO DE WEBER 336

TUTORIAL DE PLANILLAS PARA RESOLUCION DE EJERCICIOS TIPO 325 TUROTIAL PARA MANEJO DE PROGRAMA EPANET 329ANEXOS

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