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Hidraúlica
1. PRINCIPIOS DE
LA HIDRAÚLICA
INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
CONTRUCCIÓN CIVIL
SEDE SAN CONO BARQUISIMETO- ESTADO LARA
PROFESORA: ING. MENDOZA, MARIE
ALUMNA: DAZA, LOUMAR
HIDRAÚLICA
2. 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.
3. Para tratar los principios básicos de la Hidráulica necesariamente debemos tener en
cuenta ciertos conceptos básicos de Física.
Fuerza = Es la causa que pro
duce un cambio de dirección velocidad
Presión = Es la fuerza ejercida en un área determinada
Trabajo = Es la fuerza necesaria para desplazar un elemento en una distancia
determinada
Flujo = Es el movimiento del liquido
Caudal = Es volumen desplazado en una unidad de tiempo
Área = Es la superficie largo por ancho
Volumen = 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.
4. 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.
5. 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
6. 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.
7. 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.
8. 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.
9.
10. 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 LOS
SENTIDOS ES IGUAL EN TODOS LADOS
11. Perdida de energía por fricción
Estando 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 presión
La energía hidráulica no se puede trasmitir sin perdidas.
Las perdidas por fricción dependen de:
Longitud de la tubería
Rugosidad de la tubería
Cantidad de codos y curvas
Sección de la tubería
Velocidad del flujo
12. 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.
13. 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.
14. FLUJO LIBRE
Si 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 PRESIÓN
Si 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
15. 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.
16. 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
17. SISTEMA ISO HIDRAULICO
La representación ISO (Organización sé Estándar Internacional)
permite internacionalizar la representación de válvulas y
componentes de sistema Ole- hidraulico, y de aire que son muy
semejantes
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
26. 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.
27. 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.
