1. TÍTULO

Historia de los estudios existentes sobre los fluidos y su aplicación en ingeniería.

2. OBJETIVOS

GENERAL

Conocer la trascendencia de la historia de los fluidos y su aplicación en ingeniería

ESPECÍFICO

 Estudiar y entender los principios básicos de la de fluidos, su aplicación en ingeniería, las investigaciones trascendentes con el transcurso del tiempo.

3. MARCO TEÓRICO INTRODUCCION

La urgencia de disponer de agua para satisfacer necesidades básicas corporales y domésticas; la utilización de vías marítimas o fluviales para el transporte y cruce de ellas; la irrigación de cultivos; la defensa contra las inundaciones y el aprovechamiento de la energía de corrientes ha forzado al hombre desde los tiempos más antiguos a relacionarse con el agua.   De aquí el interés de someter la hidráulica a un examen retrospectivo, para descubrir cómo su evolución paulatina pasó a través de perplejidades y tropiezos, errores y aciertos; propuestas, aceptación y rechazo de hipótesis; transitoriedad y permanencia de teorías; para llegar a poseer casi las características de una ciencia exacta.

Sus inicios difícil separar la historia del hombre y la del agua, tan necesaria para la vida del primero. Descontando un uso natural del agua en la prehistoria para beber, pescar y navegar a pequeña escala, es con el comienzo de la agricultura en el Neolítico cuando comienza el hombre a preocuparse por aprovecharla de forma sistemática.

Los siguientes fueron los científicos mas destacados del siglo y sus respectivos trabajos sobre los fluidos:

Leonardo da Vinci: corrientes e inventos

Se interesó por la hidrodinámica y por el cruce de corrientes entre los ríos Arno y Mensola, siendo el primero en relacionar la velocidad del fluido con la sección que lo lleva. Se trata de una aproximación en al que se considera constante el caudal que atraviesa una sección del flujo, suposición habitual en fluidos incompresibles como el agua. Así, se puede ver como la velocidad de un río aumenta en un estrechamiento o se calma ante un ensanchamiento. Estas observaciones son aplicables también a conductos en general y en muchas situaciones prácticas. Fue el primero en observar los remolinos del agua y hablar de turbolenza, acuñando el concepto.

Galileo: la gravedad en un fluido

Galileo demostró que la diferencia de presión entre dos puntos de un fluido en reposo depende solo de la variación de altura. Se trata de la segunda gran base necesaria, tras el trabajo de Arquímedes, para la fluidostática: el líquido en la parte inferior de un depósito soporta el peso de la columna de fluido encima suyo, con lo que la presión se incrementa con la profundidad. El cálculo de las fuerzas ejercidas contra las paredes de un depósito o una presa se puede deducir a partir de esta ley.

Torricelli: columnas de fluido

Midió la presión de la atmósfera con un manómetro de mercurio, lo que hace que muchas veces se conozca como torricelli o torr a una unidad de presión equivalente a un milímetro de mercurio. Volcando un tubo de mercurio en una cubeta, medía la altura que el fluido alcanzaba por efecto de la presión de la atmósfera sobre la superficie del líquido en la cubeta, que se igualaba dentro del tubo por la presión que provocaba el peso del fluido

Pascal: la presión

La presión aplicada sobre el fluido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas las direcciones y a todas partes del recipiente, siempre que se puedan despreciar las diferencias del peso debidas al peso del fluido

Isaac Newton

Exploró varios aspectos de la resistencia de fluido inercial, viscosidad y onda; descubrió la contracción a chorro. 

Giovanni Poleni

 

Integró la ecuación de flujo para evaluar la descarga de vertedero.

 

Henri DE Pitot

 

Construyó un dispositivo de tubo doble, para indicar la velocidad del agua a través de una cabeza diferencial. 

Daniel Bernoulli 

Experimentó y escribió sobre varias fases del movimiento del fluido y lo llamó hidrodinámica, inventó la tecnología del manómetro y adoptó la primitiva energía principal para explicar la indicación de la velocidad principal, propuesto aún para propulsión.

 

Leonhard Euler 

Primero explicó el papel de la presión en el flujo de un canal; formuló ecuaciones básicas de movimiento y así llamada termómetro de Bernoulli; introdujo el concepto de cavitación y el principio de maquinaria centrífuga. 

Alexis Claude Clairaut 

Formuló ecuaciones de movimiento para rotación del fluido de los cuerpos. 

Jean  Rond  Alembert 

Originó la noción de velocidad y aceleración de componentes, expresión diferencial de continuidad y de resistencia cero para estabilizar un movimiento no uniforme. 

Antonie Chezy 

Formuló la similitud del parámetro para predicción de las características de caudal de un canal a otro. 

Jhon Smeaton 

Investigó el desarrollo de las ruedas de agua y molinos de viento a través de pruebas sobre modelos a escala. 

Charles Bossut 

Experimentó, habló y escribió extensivamente sobre varios aspectos de la “Mecánica de Fluidos”. 

Jean Charles Borda 

Condujo pruebas sobre la resistencia de inmersión de cuerpos fluidos a través de tubos, formuló la pérdida por expansión brusca en un conducto confinado. 

Pierre Louis Georges Du Buat 

Publicó ampliamente un tratado sobre experimentos originales, esencialmente cada aspecto de los hidráulicos contemporáneos para el sentido del cauce desde el arrastre. 

  Charles Augustin DE Coulumb

 A través de experimentos de torsión y resistencia de fluidos desarrolló la relación estrecha que concierne a la primera y segunda potencia de la velocidad.

 Joseph Lous Lagrange

 Introdujo el potencial de velocidad y la función de estiramiento de los hidrodinámicos modernos, derivo la ecuación para la velocidad de la propagación de las ondas en la apertura de canales. 

Giovanni Battista Venturi 

Desarrolló pruebas sobre varias formas de la desembocadura de pieza en particular, cónica, contracción y expansión. 

Riche  DE Prony

 Extendió la estrecha relación de resistencia formulada por Chezy y Coulumb. 

Franz Joseph VON Gerstner 

Desarrolló la primera teoría de ondas en la profundidad del agua. 

Reinbard Woltman 

Desarrolló el primer medidor de corriente práctico, estableció la formula de la potencia presente en la resistencia del escurrimiento en canales.

 Johann Albert  Eytelwein

 Escribió ampliamente  sobre hidráulica y simplificó la fórmula de resistencia de Woltman Du Buat. 

Giuseppe Venturoli 

Primero en analizar el flujo en tubos y flujos no uniformes en canales abiertos.

APLICACIÓN A LA INGENIERÍA

Tuberías en paralelo

El caudal total que se quiere transportar se divide entre las tuberías existentes y que la pérdida de carga en cada una de ellas es la misma.

Continuidad:

Velocidad media:

Balance de energía:

Tubería 1:

Tubería 2:

Tubería 3:

Como: pa = Pb = 0 ; Va = Vb = 0 ; za - zb = Ht

SISTEMA PARALELO EN TUBERÍA COMÚN:

Un sistema paralelo de tubería común, incluye dos ramas dispuestas comos e muestra en la figura. La rama inferior se agrega para evitar que parte del fluido pase a través del intercambio de calor, permitiendo el flujo continuo, mientras que se le da servicio al equipo.

CAUDAL en Camino (CAUDAL distribuido EN SISTEMA DE TUBERÍAS PARALELAS).

Sistema hidráulico en el cual el caudal, o gasto, se reparte a lo largo de su recorrido. Sea un elemento de tubería como el que se muestra en la figura.

Aplicando la ecuación de Continuidad a la tubería, se tiene que:

Así, el gasto que entra al elemento de volumen es:

Se sabe que la ecuación de Darcy - Weisbach para una tubería de iguales dimensiones y que no entrega gasto distribuido y donde circula QD es:

Donde: QD: caudal de diseño: es aquel caudal que circularía por una tubería que no entrega gasto en camino, de material y dimensiones idénticas a las que entrega gasto y con igual pérdida de carga.

Por otro lado, la pérdida de carga en el elemento de volumen es:

Reemplazando (2):

Integrando sobre toda la tubería:

De (1): y reemplazando en (4):

Igualando las expresiones (3) y (5):

Reemplazando (1) en (6):

En la práctica:

EL FLUJO DE FLUIDO EN TUBERÍAS DE SISTEMA PARALELO

La situación ideal del flujo en una tubería se establece cuando las capas de fluido se mueven en forma paralela una a la otra. Esto se denomina  "flujo laminar". Las capas de fluido próximas a las paredes internas de la tubería se mueven lentamente, mientras que las cercanas al centro lo hacen rápidamente. Es necesario dimensionar las tuberías de acuerdo al caudal que circulará por ellas, una tubería de diámetro reducido provocará elevadas velocidades de circulación y como consecuencia perdidas elevadas por fricción; una tubería de gran diámetro resultará costosa y difícil de instalar.

SISTEMA DE TUBERÍA EN PARALELO DE Redes abiertas.

o No existe un método especial, dado que se conocen las demandas del flujo.

o Dada una cierta geometría, se deben calcular las presiones en los nodos

o Dadas estas presiones requeridas en los nodos, se debe diseñar la red

SISTEMA DE TUBERÍA EN PARALELO DE Redes cerradas.

o Se emplea generalmente el método de Hardy - Cross, el cual es un 0método iterativo, para una solución factible inicial.

o

Para cada tubería, siempre existe una relación entre la pérdida de carga y el caudal, de la forma:

Donde:

m: depende de la expresión utilizada para determinar la pérdida de carga.

r: depende de la fórmula para expresar la pérdida de carga y de las características de la tubería, asociadas a pérdidas de carga singulares y generales.

Método de Hardy - Cross.

Las condiciones hidráulicas básicas en la aplicación del método de Cross son:

Por continuidad de caudales, la suma algebraica de los flujos de las tuberías que se reúnen en un nodo es cero.

Por continuidad de energía, la suma algebraica de todas las pérdidas de energía en cualquier circuito cerrado o malla dentro del sistema, es cero.

Suponiendo conocidas las características de la red (D, L, material), los caudales entrantes al sistema y los caudales salientes de él, entonces lo que se requiere conocer son los caudales que circulan por cada una de las tuberías de la malla.

Tambien :

También los fluidos , principalmente su campos de aplicación en ingeniería:

Hidráulica

Hidro-Meteorología

Hidráulica Industrial

Máquinas Hidráulicas

Máquinas Térmicas

Aerodinámica Aplicada

4. MATERIALES Y MÉTODOS

MATERIALES:

Información multimedia Información de la internetInformación de libros

MÉTODO:

Mencionada información bibliográfica nos enseña a conocer la trascendencia de como fue evolucionando la idea de fluido los aportes científicos hasta hoy en día y su aplicación en diversas ramas de la ingeniería como ya lo hemos mencionado, este contenido nos ayuda ha hacer cálculos diversos para la determinación de resultados inclinadas a la mecánica de fluidos, ingeniería de fluidos, etc

5. RESULTADOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

ANÁLISIS:

Actos tan cotidianos como tomar una ducha, respirar o beber agua, requieren necesariamente la circulación de fluidos. El estudio de la de fluidos puede ayudarnos tanto para comprender la complejidad del medio natural, como para mejorar el mundo que hemos creado. Si bien la mecánica de fluidos esta siempre presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta conocer es como se expresa esta información en términos cuantitativos, o la manera en que se diseñan sistemas con base en este conocimiento, mismos que se utilizaran para otros fines

COMENTARIO:

El conocer y entender los principios básicos de la mecánica que cumplen los fluidos es esencial en el análisis y diseño de cualquier y sistema en el cual el fluido es el elemento de trabajo. Hoy en día el diseño de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicación de la mecánica de fluidos. Entre estos se incluyen tanto los aviones como maquinas terrestres, barcos, submarinos y típicamente automóviles. El diseño de de sistemas de propulsión para vuelos especiales y cohetes esta basado en los principios de la mecánica de fluidos

APORTES:

Sus aportes forman parte para determinar las fuerzas aerodinámicas y estudiar el flujo alrededor de edificios, puentes y otras estructuras complejas. El diseño de turbo maquinarias como bombas, hélices y turbinas de todo tipo requieren claramente de conocimientos de mecánica de fluidos. La lubricación es también un área de aplicaciones importantes. Los sistemas de calefacción y de ventilación, tanto de viviendas e industrias como de construcciones subterráneas, túneles y otros, así como el diseño de sistemas de cañerías son ejemplos en los cuales las técnicas de diseño están basadas en la mecánica de fluidos. Incluso el sistema de circulación del cuerpo humano es un sistema fluido; de ahí que se de el diseño de corazones artificiales, maquinas de diálisis, ayudas respiratorias y otros aparatos de este tipo estén basados en los principios de la mecánica de fluidos. Esto ha dado origen a la aerodinámica y la hidráulica dos ramas importantes de la mecánica de fluidos.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

CONCLUSIONES

AL TENER NOCION DE LOS ACONTESIMIENTOS OCURRIDOS EN EL PASADO Y CON LAS GRANDES APORTACIONES DE LOS DIVERSOS CIENTÍFICOS, HOY EN DÍA PODEMOS SABER CON EXACTITUD LOS DIVERSOS FENÓMENOS QUE OCURREN EN ELLOS Y APLICARLAS EN LA INGENIERÍA SIENDO CAPAZ DE:

Establecer las relaciones generales para velocidades de flujo o caudal y pérdidas de caben para sistemas de línea de tubería paralelo. Calcular la cantidad de flujo o caudal que se presenta en cada rama de un sistema de línea de tubería paralelo y la pérdida de caben que se presenta a lo largo del sistema cuando se conocen la velocidad de flujo total y la descripción del sistema Determinar la cantidad de flujo o caudal que se presenta en cada rama del sistema de línea de tubería paralelo y el flujo total si se conoce la caída de presión a lo largo del sistema. Utilizar la técnica Hardy Cross para calcular las velocidades de flujo en todas las ramas de una red que tiene dos o más ramas.Tener conocimiento de las diversas aplicaciones de los fluidos en la ingeniería

RECOMENDACIÓN

Estudiar con profundidad cada aporte científico mencionado para poder poder aplicarlas a la ingeniería

Prestar la mayor atención posible al leer este informe ,ya que los hechos trascendentes tienen estudios correlativos ,es decir cada aporte cientíco fue basado en el anterior, para un mejor entendimiento.

7. BIBLIOGRAFÍA

http://html.rincondelvago.com/ingenieria-fluido-mecanica.html

http://www.monografias.com/trabajos12/mecflui/mecflui.shtml

http://es.wikipedia.org/wiki/Usuario:FAR/Mec %C3%A1nica_de_Fluidos#Leonardo_da_Vinci:_corrientes_e_inventos

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/historia/sigloxviii/ sigloxviii.htm

INTRODUCCION A LA MECANICA DE FLUIDOS. 2da.   Edición . Fernández Larrañaga Bonifacio. Alfa omega   Grupo   Editorial. México 1999.

  LEVI, Enzo. El agua según la ciencia. Ed. Castell Mexicanas S.A.1989