Mecánica de Los Fluidos e Hidráulica - Ronald v. Giles - Schaum MacGrawHil_LQCLI2015

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Prlogo

Este libro ha sido concebido con el principal propsito de complementar los textos ordinarios (de mecnica de los fluidos e hidrulica. Se basa en la conviccin del autor de que el esclarecimiento y comprensin de los principios fundamentales de cualquier rama de la mecnica se obtienen mejor mediante numerosos ejercicios ilustrativos.

La anterior edicin de este libro ha sido acogida muy favorablemente. En esta segunda edicin, muchos de los captulos han sido revisados y adicionados con objeto de poner al da determinados temas de acuerdo con los ms recientes conceptos, mtodos y terminologa. Se ha dedicado especial atencin al anlisis dimensional recogiendo los nuevos materiales en el Captulo 5. La revisin ms extensa se ha llevado a cabo en los captulos que tratan los fundamentos del flujo de fluidos, flujo de fluidos en tuberas y flujo en canales abiertos.

La materia se divide en captulos que abarcan reas bien definidas de teora y estudio. Cada captulo se inicia con el establecimiento de las definiciones pertinentes, principios y teoremas, junto con el material ilustrativo y descriptivo al que sigue una serie de problemas resueltos y problemas propuestos. Los problemas resueltos ilustran y amplan la teora, presentan mtodos de anlisis, proporcionan ejemplos prcticos e iluminan con aguda perspectiva aquellos aspectos de detalle que capacitan al estudiante para aplicar los principios fundamentales con correccin y seguridad. El anlisis del cuerpo libre, los diagramas vectoriales, los principios de trabajo y energa de la cantidad de movimiento y las leyes de Newton se utilizan a lo largo de todo el libro. No se ha regateado esfuerzo para presentar problemas originales desarrollados por el autor en los largos aos dedicados a la enseanza de .esta materia. Entre los problemas resueltos se incluyen numerosas demostraciones de teoremas y deducciones de frmulas. El elevado nmero de problemas propuestos asegura un repaso completo del material de cada captulo.

Los alumnos de las Escuelas de Ingeniera reconocern la utilidad de este libro al estudiar la me-cnica de los fluidos y, adicionalmente, aprovecharn la ventaja de su posterior empleo como libro de referencia en su prctica profesional. Encontrarn soluciones muy detalladas de numerosos problemas prcticos y, cuando lo necesiten, podrn recurrir siempre al resumen de la teora. Asimismo, el libro puede servir al ingeniero profesional que ha de recordar esta materia cuando es miembro de un tribunal examinador o por cualesquiera otras razones.

Deseo expresar mi agradecimiento a mi colega Robert C. Stiefel, que ha comprobado cuidado-samente la solucin de muchos de los nuevos problemas. Tambin he de expresar mi gratitud a la redaccin de la Schaum Publishing Company y, muy particularmente, a Henry Hayden y Nicola Miracapillo, por sus inestimables sugerencias e inapreciable cooperacin.

RANALD V. GILES

Tabla de materias

Captulo 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS La mecnica de los fluidos y la hidrulica. Definicin de fluido. Sistema tcnico de unidades. Peso especfico. Densidad de un cuerpo. Densidad relativa de un cuerpo. Viscosidad de un fluido. Presin de vapor. Tensin superficial. Capilaridad. Presin de un fluido. La presin. Diferencia de presiones. Variaciones de la presin en un fluido compresible. Altura o carga de presin h. Mdulo volumtrico de elasticidad (E). Compresin de los gases. Para condiciones isotrmicas. Para condiciones adiabticas o isoentrpicas. Perturbaciones en la presin.

Captulo 2 FUERZAS HIDROSTTICAS SOBRE LAS SUPERFICIES. ....... 22

Introduccin. Fuerza ejercida por un lquido sobre un rea plana. Tensin circunferencial o tangencial. Tensin longitudinal en cilindros de pared delgada.

Captulo 3 EMPUJE Y FLOTACIN....................................... 36

Principio de Arqumedes. Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes.

Captulo 4 TRASLACIN Y ROTACIN DE MASAS LIQUIDAS........... 42

Introduccin. Movimiento horizontal. Movimiento vertical. Rotacin de masas fluidas. Recipientes abiertos. Rotacin de masas fluidas. Recipientes cerrados.

Captulo 5 ANLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA HIDRULICA ....... 50

Introduccin. Anlisis dimensional. Modelos hidrulicos. Semejanza geomtrica. Semejanza cinemtica. Semejanza dinmica. La relacin entre las fuerzas de inercia. Relacin de las fuerzas de inercia a las de presin. Relacin de las fuerzas de inercia a las viscosas. Relacin de las fuerzas de inercia a las gravitatorias. Relacin de las fuerzas de inercia a las elsticas. Relacin de las fuerzas de inercia a la de tensin superficial. Relacin de tiempos.

Captulo 6 FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS.................... 70 Introduccin. Flujo de fluidos. Flujo permanente. Flujo uniforme. Lneas de corriente. Tubos de corriente. Ecuacin de continuidad. Red de corriente. Ecuacin de la energa. Altura de velocidad. Aplicacin del teorema de Bernoul-li. Lnea de energas o de alturas totales. Lnea de alturas piezomtricas. Potencia.

Pginas

1

Captulo 7 FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS.

Introduccin. Flujo laminar. Velocidad crtica. Nmero de Reynolds. Flujo turbulento. Tensin cortante en la pared de una tubera. Distribucin de velocidades. Prdida de carga en flujo laminar. Frmula de Darcy-Weisbach. Coeficiente de friccin. Otras prdidas de carga.

Captulo 8 SISTEMAS DE TUBERAS EQUIVALENTES, COMPUESTAS, EN PARALELO Y RAMIFICADAS................................... 115

Sistemas de tubejas. Sistemas de tuberas equivalentes. Sistemas de tuberas compuestas o en serie, en paralelo y ramificadas. Mtodos de resolucin. Frmula de Hazen-Williams.

Captulo 9 MEDIDAS EN FLUJO DE FLUIDOS............................ 133

Introduccin. Tubo de Pitot. Coeficiente de descarga. Coeficiente de velocidad. Coeficiente de contraccin. Prdida de carga. Vertederos de aforo. Frmula terica de un vertedero. Frmula de Francis. Frmula de Banzin. Frmula de Fteley y Stearns. Frmula del vertedero triangular. La frmula del vertedero trapezoidal. Para presas empleadas como vertederos. E! tiempo de

vaciado de depsitos. El tiempo para establecer el flujo. \

Captulo 10 FLUJO EN CANALES ABIERTOS.............................. 160

Canal abierto. Flujo uniforme y permanente. Flujo no uniforme. Flujo laminar. La frmula de Chezy. El coeficiente C. El caudal Q. La prdida de carga. Distribucin vertical de la velocidad. Energa especfica. Profundidad crtica. Caudal unitario mximo. En canales no rectangulares y para un flujo critico. Flujo no uniforme. Los vertederos de aforo de pared gruesa. Resalto hi-drulico.

Captulo // FUERZAS DESARROLLADAS POR LOS FLUIDOS EN MOVIMIENTO.........................................

Introduccin. El principio de impulso-canidad de movimiento. El coeficiente de correccin de la cantidad de movimiento. Resistencia. Sustentacin. Resistencia total. Coeficientes de resistencia. Coeficientes de sustentacin. Nmero de Mach. Teora de la capa lmite. Placas planas. Golpe de ariete. Velocidades supersnicas.

Captulo 12 MAQUINARIA HIDRULICA................................... 225

Maquinaria hidrulica. En el caso de rodetes. Ruedas hidrulicas, bombas y soplantes. Velocidad especfica. Rendimiento. Cavitacin. Propulsin por hlices. Los coeficientes de la hlice.

TABLA DE MATERIAS

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96

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TABLA DE MATERIAS

Tabla 1. Propiedades aproximadas de algunos gases......................... 246 2. Densidad relativa y viscosidad cinemtica de algunos lquidos....... 247 3. Coeficiente de friccin / para agua solamente...................... 248 4. Prdidas de carga en accesorios................................... 249 5. Valores de K*. Contracciones y ensanchamientos................... 250 6. Algunos valores del coeficiente Cl de Hazen-Williams.............. 250 7. Coeficientes de desage para orificios circulares de arista viva.. ..... 251 8. Algunos factores de expansin Y para flujo........................ 252 9. Algunos valores medios de n empleados en las frmulas de Kutter y de

Manning y de m en la frmula de Bazin.......................... 252

10. Valores de C de la frmula de Kutter............................ 253 11. Valores del factor de descarga K para canales trapezoidales. ........ 254 12. Valores del factor de descarga K' para canales trapezoidales........ 255 13. reas, de crculos................................................ .256 14. Pesos y dimensiones de tuberas de fundicin...................... 256

Diagrama de Moody para coeficientes de friccin f.......... 257 Diagrama de Moody modificado para coeficientes de friccin /

(solucin directa para el flujo Q)......................... 258 Nomograma de caudales, frmula de Hazen-Williams (C\ = 100). 259 Coeficiente para orificios medidores......................... 260 Coeficientes para boquillas de aforo........................ 261 Coeficientes para venturmetros............................. 262 Coeficiente de resistencia en funcin de RE.................. 263 Coeficientes de resistencia para placas planas y lisas.. . . . . . . . . 264 Coeficientes de resistencia a velocidades supersnicas......... 265

NDICE.......................................................... 267

APNDICES Pginas

DIAGRAMAS

Diagramas A-l. A-2.

B. C. 1 D.

E. F. G. H.


Diapositiva 1Diapositiva 2Diapositiva 3Diapositiva 4Diapositiva 5Diapositiva 6Diapositiva 7Diapositiva 8Diapositiva 9Diapositiva 10Diapositiva 11Diapositiva 12Diapositiva 13Diapositiva 14Diapositiva 15Diapositiva 16Diapositiva 17Diapositiva 18Diapositiva 19Diapositiva 20Diapositiva 21Diapositiva 22Diapositiva 23Diapositiva 24Diapositiva 25Diapositiva 26Diapositiva 27Diapositiva 28Diapositiva 29Diapositiva 30Diapositiva 31Diapositiva 32Diapositiva 33Diapositiva 34Diapositiva 35Diapositiva 36Diapositiva 37Diapositiva 38Diapositiva 39Diapositiva 40Diapositiva 41Diapositiva 42Diapositiva 43Diapositiva 44Diapositiva 45Diapositiva 46Diapositiva 47Diapositiva 48Diapositiva 49Diapositiva 50Diapositiva 51Diapositiva 52Diapositiva 53Diapositiva 54Diapositiva 55Diapositiva 56Diapositiva 57Diapositiva 58Diapositiva 59Diapositiva 60Diapositiva 61Diapositiva 62Diapositiva 63Diapositiva 64Diapositiva 65Diapositiva 66Diapositiva 67Diapositiva 68Diapositiva 69Diapositiva 70Diapositiva 71Diapositiva 72Diapositiva 73Diapositiva 74Diapositiva 75Diapositiva 76Diapositiva 77Diapositiva 78Diapositiva 79Diapositiva 80Diapositiva 81Diapositiva 82Diapositiva 83Diapositiva 84Diapositiva 85Diapositiva 86Diapositiva 87Diapositiva 88Diapositiva 89Diapositiva 90Diapositiva 91Diapositiva 92Diapositiva 93Diapositiva 94Diapositiva 95Diapositiva 96Diapositiva 97Diapositiva 98Diapositiva 99Diapositiva 100Diapositiva 101Diapositiva 102Diapositiva 103Diapositiva 104Diapositiva 105Diapositiva 106Diapositiva 107Diapositiva 108Diapositiva 109Diapositiva 110Diapositiva 111Diapositiva 112Diapositiva 113Diapositiva 114Diapositiva 115Diapositiva 116Diapositiva 117Diapositiva 118Diapositiva 119Diapositiva 120Diapositiva 121Diapositiva 122Diapositiva 123Diapositiva 124Diapositiva 125Diapositiva 126Diapositiva 127Diapositiva 128Diapositiva 129Diapositiva 130Diapositiva 131Diapositiva 132Diapositiva 133Diapositiva 134Diapositiva 135Diapositiva 136Diapositiva 137Diapositiva 138Diapositiva 139Diapositiva 140Diapositiva 141Diapositiva 142Diapositiva 143Diapositiva 144Diapositiva 145Diapositiva 146Diapositiva 147Diapositiva 148Diapositiva 149Diapositiva 150Diapositiva 151Diapositiva 152Diapositiva 153Diapositiva 154Diapositiva 155Diapositiva 156Diapositiva 157Diapositiva 158Diapositiva 159Diapositiva 160Diapositiva 161Diapositiva 162Diapositiva 163Diapositiva 164Diapositiva 165Diapositiva 166Diapositiva 167Diapositiva 168Diapositiva 169Diapositiva 170Diapositiva 171Diapositiva 172Diapositiva 173Diapositiva 174Diapositiva 175Diapositiva 176Diapositiva 177Diapositiva 178Diapositiva 179Diapositiva 180Diapositiva 181Diapositiva 182Diapositiva 183Diapositiva 184Diapositiva 185Diapositiva 186Diapositiva 187Diapositiva 188Diapositiva 189Diapositiva 190Diapositiva 191Diapositiva 192Diapositiva 193Diapositiva 194Diapositiva 195Diapositiva 196Diapositiva 197Diapositiva 198Diapositiva 199Diapositiva 200Diapositiva 201Diapositiva 202Diapositiva 203Diapositiva 204Diapositiva 205Diapositiva 206Diapositiva 207Diapositiva 208Diapositiva 209Diapositiva 210Diapositiva 211Diapositiva 212Diapositiva 213Diapositiva 214Diapositiva 215Diapositiva 216Diapositiva 217Diapositiva 218Diapositiva 219Diapositiva 220Diapositiva 221Diapositiva 222Diapositiva 223Diapositiva 224Diapositiva 225Diapositiva 226Diapositiva 227Diapositiva 228Diapositiva 229Diapositiva 230Diapositiva 231Diapositiva 232Diapositiva 233Diapositiva 234Diapositiva 235Diapositiva 236Diapositiva 237Diapositiva 238Diapositiva 239Diapositiva 240Diapositiva 241Diapositiva 242Diapositiva 243Diapositiva 244Diapositiva 245Diapositiva 246Diapositiva 247Diapositiva 248Diapositiva 249Diapositiva 250Diapositiva 251Diapositiva 252Diapositiva 253Diapositiva 254Diapositiva 255Diapositiva 256Diapositiva 257Diapositiva 258Diapositiva 259Diapositiva 260Diapositiva 261Diapositiva 262Diapositiva 263Diapositiva 264Diapositiva 265Diapositiva 266Diapositiva 267Diapositiva 268Diapositiva 269Diapositiva 270Diapositiva 271Diapositiva 272Diapositiva 273Diapositiva 274Diapositiva 275Diapositiva 276Diapositiva 277Diapositiva 278Diapositiva 279Diapositiva 280Diapositiva 281

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