PRINCIPIOS DE LA HIDRAÚLICA

INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”

CONTRUCCIÓN CIVILSEDE SAN CONO BARQUISIMETO- ESTADO LARA

PROFESORA: ING. MENDOZA, MARIEALUMNA: DAZA, LOUMAR

HIDRAÚLICA

INTRODUCCIÓN

La hidráulica ha ido siempre unida al avance tecnológico de la humanidad. Sus primeras aplicaciones fueron desde el simple arrastre de troncos por un río hasta la rueda hidráulica, de gran difusión en la antigua Roma. De hecho debemos al ingeniero romano Vitruvio la primera descripción de la misma. En la industria moderna tiene una gran difusión como elemento de transmisión de energía, tanto para pequeños como grandes esfuerzos. La industria del automóvil, por ejemplo, ha introducido la hidráulica en sistemas de frenos, de suspensión y de dirección. Por otra parte, el empleo del flujo hidráulico como elemento de accionamiento y gobierno de máquinas sustituye, con ventaja, a los órganos mecánicos convencionales (palancas, engranajes, etc.); de tal manera que se reducen problemas de desgaste y mantenimiento, además de estar exentos de vibraciones. Los conocimientos científicos de la hidráulica comenzaron a desarrollarse en el siglo XVII, basándose en el principio descubierto por Blaise Pascal, según el cual un fluido encerrado puede transmitir energía multiplicando la fuerza y modificando el desplazamiento.

Para tratar los principios básicos de la Hidráulica necesariamente debemos tener en cuenta ciertos conceptos básicos de Física.Fuerza = Es la causa que produce un cambio de dirección velocidad Presión = Es la fuerza ejercida en un área determinadaTrabajo = Es la fuerza necesaria para desplazar un elemento en una distancia determinadaFlujo = Es el movimiento del liquidoCaudal = Es volumen desplazado en una unidad de tiempoÁrea = Es la superficie largo por anchoVolumen = Una área por una altura

La hidráulica es una rama de la mecánica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los líquidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa a y las condiciones que esté sometido al fluido, relacionadas con la viscosidad de este.

De acuerdo a la velocidad del flujo:

• Flujo turbulento: En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido.• Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí.

               

De acuerdo a sus cambios de densidad respecto al tiempo

•Compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables.• Incompresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo

Por variación de velocidad con respecto al tiempo: 

Flujo permanente: Se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. 

 Flujo no permanente: Las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente.

Por magnitud y dirección de la velocidad del fluido:

•Flujo Uniforme: Ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado.

•Flujo no Uniforme: Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad. 

Por efectos de vector velocidad

Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante.

Flujo irrotacional:  Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante.

•Flujo Unidimensional: Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento

•Flujo Bidimensional: Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables espaciales.

•Flujo Tridimensional: El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso más general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t.

Flujo ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles.

La ley de Pascal establece que la presión aplicada en cualquier punto sobre un fluido confinado (líquido) se transmite sin disminución en todas direcciones de ese fluido (véanse las figuras 1 y 2). Esto significa que al utilizar la presión hidráulica como medio, podemos convertir una pequeña fuerza en una fuerza multiplicada considerable. La presión del fluido que se ejerce realmente juega un papel muy importante en esta “Multiplicación de Fuerza” y en este contexto hay dos características de la presión hidráulica que conviene recordar. 1. La presión hidráulica se mide como una fuerza por unidad de área, por ejemplo bar (=kg/cm²) o PSI (Pounds per Square Inch = Libras por pulgada cuadrada). 2. La presión hidráulica en cualquier punto del fluido es la misma en todas direcciones siempre que, por supuesto, el fluido esté estático (sin moverse) 

LA PRESION SE DISTRIBUYE UNIFORMEMENTEEN TODOS LOSSENTIDOS ES IGUAL EN TODOS LADOS

Perdida de energía por fricciónEstando 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 líquido 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 presiónLa energía hidráulica no se puede trasmitir sin perdidas.

Las perdidas por fricción dependen de: Longitud de la tuberíaRugosidad de la tuberíaCantidad de codos y curvasSección de la tuberíaVelocidad del flujo

TUBOS PIEZOMÉTRICOS O PIEZÓMETROS Consiste en un tubo vertical que se acopla a la tubería y sirve sólo para medir la energía de presión en el punto dónde se instala.

TUBO DE PITOT En algunos casos de conducción de agua, ésta circula con velocidades muy diferentes en los diversos puntos de una sección, debido al rozamiento con las paredes de condiciones de rugosidad muy variable, como sucede en los canales o en los ríos y entonces, para averiguar las condiciones de circulación se emplea un medidor de velocidad que se llama "Tubo de Pitot", el cual mide la energía de velocidad mas la energía de presión en el punto donde se coloca.

FLUJO LIBRESi el agua estuviera en reposo, ésta penetraría en el interior del tubo hasta alcanzar un nivel igual al de la superficie del agua; pero cuando hay circulación, el agua penetra en el tubo hasta un nivel superior al de la superficie del agua.

FLUJO A PRESIÓNSi no colocamos el tubo Pitot y si no se consideran las pérdidas: Porque las condiciones hidráulicas son las mismas. Al colocar el Tubo Pitot la energía de velocidad

MEDIDOR DE VENTURI Y MEDIDOR DE ORIFICIO Consiste en dos troncos de conos invertidos, con reducciones y ampliaciones graduales, con una parte central de igual diámetro, el cual se utiliza para medir caudales que pasan. En estos tipos de medidores, la medida del gasto (caudal), se realiza por medio de una diferencia de presiones creadas en la tubería por medio de reducciones de diámetros en la misma. En el venturímetro la reducción de los diámetros es gradual, mientras que en el medidor de orificio dicha reducción es repentina. El flujo de los fluidos a través de estos mecanismos de medida sigue los principios de conservación de energía y la ecuación de continuidad. El medidor de venturi consiste en dos troncos de cono unidos por un tubo recto en la mitad.

El motor eléctrico acciona la bomba, permitiendo el giro de la misma. La bomba se encarga de generar la presión de trabajo con el caudal que necesitan los elementos de trabajo. Su función es análoga a la del compresor en un circuito neumático. Los elementos de transporte (tuberías y racores) se encargan de conducir el fluido hasta el lugar de demanda. Los elementos de regulación y control se emplean para garantizar el correcto funcionamiento de los elementos de trabajo. Finalmente, los elementos de trabajo son los actuadores (motores o cilindros.)  

INSTALACIONES HIDRAÚLICAS

SISTEMA ISO HIDRAULICO

La representación ISO (Organización sé Estándar Internacional)permite internacionalizar la representación de válvulas ycomponentes de sistema Ole- hidraulico, y de aire que son muysemejantes

Los símbolos gráficas pueden ser usados•Uso de un lenguaje común•Explicar el funcionamiento y operación•Localización de problemas y servicio

Los símbolos gráficos no indican•Posición de actuador•Localización de las lumbreras•Cambio de posición de las válvulas

NOMENCLATURA DE LOS COLORES

símbolos auxiliares

IMPORTANCIA DE LA HIDRAULICA EN LA CONSTRUCCIÓN CIVIL

•Hidráulica fluvial El ingeniero hidráulico con especialización en hidráulica fluvial estudia las intervenciones del hombre sobre los ríos, ya sea para la adecuación al sistema de aprovechamientos del recurso hídrico, la disminución de riesgos de daños por inundación, o bien por la intersección del río con una obra de infraestructura (carretera, ferrocarril, conducciones, etc.). El ingeniero fluvial debe tener también conocimientos de hidrología, transporte sólido, dinámica fluvial, y geomorfología fluvial. •La ingeniería sanitaria, por su importancia, es considerada en muchos países como una carrera separada, en otros países es considerada una especialización de la ingeniería hidráulica y la Ingeniería Civil. Se ocupa de diseñar, construir y operar sistemas de abastecimiento de agua potable, en todos sus componentes, destinados a la captación, del agua desde ríos o lagos, relacionándose aquí con la ingeniería fluvial, hasta la distribución del agua potabilizada a los usuarios; sistemas de alcantarillado sanitario y plantas de tratamiento de aguas servidas, incluyendo las estructuras destinadas a la devolución del agua ya tratada adecuadamente al ambiente. Sistemas de gestión integral de residuos sólidos. •Los ingenieros hidráulicos, tienen la función de realizar diseños, luego materializarlos y operar las obras hidráulicas, a base de investigaciones, pues esta se apoya en gran manera de los resultados experimentales. Todas las teorías importantes para la ingeniería hidráulica, a su vez son sustentadas por el uso de instrumentos matemáticos, que van modernizándose de acorde a los tiempos; de todas maneras siempre se obtiene algún coeficiente o fórmula empírica, la cual resulta ser la manera en que se resuelven los problemas prácticos, luego de haberla determinado por medio de experimentos de laboratorio, de obras construidas y de operantes. •La elaboración de grandes estructuras como son las presas, las esclusas, los canales navegables, los puertos, entre otros tipos de obras. Todo tipo de obras que se relacionan con la agricultura, pues esta es una de las especialidades de la ingeniería hidráulica, de hecho su nombre es hidráulica agrícola, en ella se realizan: sistemas de riego y de drenaje. La crearon de obras ambientales, tales como: presas filtrantes que ayudan a controlar la erosión, defensas ribereñas y muchas más.

La Ingeniería hidráulica importante ya que nos posibilita analizar las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para el mejor aprovechamiento de las aguas. También, mediante el cálculo matemático, el diseño de modelos que a pequeña escala y la experimentación con ellos, es posible determinar las características de construcción que deben de tener presas, puertos, canales, tuberías y maquinas hidráulicas como el gato y la prensa.

CONCLUSIÓN

La hidráulica tiene dos finalidades: científicas y practicas.

La finalidad científica es la investigación de fenómenos y dispositivos relacionados con la mecánica de fluidos.

La finalidad práctica es la planeación, construcción, operación y mantenimiento de obras y estructuras de ingeniería.

La hidráulica se denomina también como hidráulica elemental o clásica, basa su estudio en un liquido ideal o perfecto cuyas características son: homogéneo, incompresible, continuo, antiviscoso e isotrópico.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanicageneral/CURSO%20DE%20HIDRAULICA/HIDRAULICA.pdfhttp://saia.uts.edu.ve/moodle/pluginfile.php/531632/mod_resource/content/1/Principios%20de%20la%20Hidraulica.pdfhttps://www.idqsa.net/lo-que-nosotros-sabemos/principios-basicos-de-hidraulica/