Mecanica de fluidos e hidraulica teoriya y ejemplos [schaum]

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    13-Jun-2015

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<ul><li> 1. Prlogo Este libro ha sido concebido con el principal propsito de complementar los textos ordinarios (demecnica de los fluidos e hidrulica. Se basa en la conviccin del autor de que el esclarecimiento ycomprensin de los principios fundamentales de cualquier rama de la mecnica se obtienen mejor mediantenumerosos 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 captulose inicia con el establecimiento de las definiciones pertinentes, principios y teoremas, junto con elmaterial ilustrativo y descriptivo al que sigue una serie de problemas resueltos y problemas propuestos. Losproblemas resueltos ilustran y amplan la teora, presentan mtodos de anlisis, proporcionan ejemplosprcticos e iluminan con aguda perspectiva aquellos aspectos de detalle que capacitan al estudiante paraaplicar los principios fundamentales con correccin y seguridad. El anlisis del cuerpo libre, los diagramasvectoriales, los principios de trabajo y energa de la cantidad de movimiento y las leyes de Newton seutilizan a lo largo de todo el libro. No se ha regateado esfuerzo para presentar problemas originalesdesarrollados por el autor en los largos aos dedicados a la enseanza de .esta materia. Entre los problemasresueltos se incluyen numerosas demostraciones de teoremas y deducciones de frmulas. El elevadonmero 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 dereferencia en su prctica profesional. Encontrarn soluciones muy detalladas de numerosos problemasprcticos y, cuando lo necesiten, podrn recurrir siempre al resumen de la teora. Asimismo, el libropuede servir al ingeniero profesional que ha de recordar esta materia cuando es miembro de un tribunalexaminador 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 redaccinde la Schaum Publishing Company y, muy particularmente, a Henry Hayden y Nicola Miracapillo, por susinestimables sugerencias e inapreciable cooperacin.RANALD V. GILES</li></ul> <p> 2. Tabla de materias PginasCaptulo 1PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS1La mecnica de los fluidos y la hidrulica. Definicin de fluido. Sistema tcnico deunidades. Peso especfico. Densidad de un cuerpo. Densidad relativa de un cuerpo.Viscosidad de un fluido. Presin de vapor. Tensin superficial. Capilaridad. Presinde un fluido. La presin. Diferencia de presiones. Variaciones de la presin en unfluido compresible. Altura o carga de presin h. Mdulo volumtrico de elasticidad(E). Compresin de los gases. Para condiciones isotrmicas. Para condicionesadiabticas 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Principio de Arqumedes. Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes.Captulo 4TRASLACIN Y ROTACIN DE MASAS LIQUIDAS. . . . . . . . . . .42Introduccin. Movimiento horizontal. Movimiento vertical. Rotacin de masasfluidas. Recipientes abiertos. Rotacin de masas fluidas. Recipientes cerrados.Captulo 5 ANLISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA HIDRULICA . . . . . . . 50Introduccin. 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 alas viscosas. Relacin de las fuerzas de inercia a las gravitatorias. Relacin de lasfuerzas de inercia a las elsticas. Relacin de las fuerzas de inercia a la de tensinsuperficial. Relacin de tiempos.Captulo 6FUNDAMENTOS 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. 3. TABLA DE MATERIASPginasCaptulo 7FLUJO DE FLUIDOS EN TUBERAS. 96Introduccin. Flujo laminar. Velocidad crtica. Nmero de Reynolds. Flujoturbulento. Tensin cortante en la pared de una tubera. Distribucin develocidades. Prdida de carga en flujo laminar. Frmula de Darcy-Weisbach.Coeficiente de friccin. Otras prdidas de carga.Captulo 8SISTEMAS DE TUBERAS EQUIVALENTES, COMPUESTAS, ENPARALELO Y RAMIFICADAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Sistemas de tubejas. Sistemas de tuberas equivalentes. Sistemas de tuberascompuestas o en serie, en paralelo y ramificadas. Mtodos de resolucin.Frmula de Hazen-Williams.Captulo 9 MEDIDAS EN FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133Introduccin. Tubo de Pitot. Coeficiente de descarga. Coeficiente de velocidad.Coeficiente de contraccin. Prdida de carga. Vertederos de aforo. Frmula tericade un vertedero. Frmula de Francis. Frmula de Banzin. Frmula de Fteley yStearns. 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .160Canal 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 ENMOVIMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .192Introduccin. El principio de impulso-canidad de movimiento. El coeficiente decorreccin de la cantidad de movimiento. Resistencia. Sustentacin. Resistencia total.Coeficientes de resistencia. Coeficientes de sustentacin. Nmero de Mach. Teora dela capa lmite. Placas planas. Golpe de ariete. Velocidades supersnicas.Captulo 12 MAQUINARIA HIDRULICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .225Maquinaria hidrulica. En el caso de rodetes. Ruedas hidrulicas, bombas y soplantes.Velocidad especfica. Rendimiento. Cavitacin. Propulsin por hlices. Loscoeficientes de la hlice. 4. TABLA DE MATERIASAPNDICESPginasTabla 1. Propiedades aproximadas de algunos gases.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2462. Densidad relativa y viscosidad cinemtica de algunos lquidos. . . . . . .2473. Coeficiente de friccin / para agua solamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2484. Prdidas de carga en accesorios.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2495. Valores de K*. Contracciones y ensanchamientos.. . . . . . . . . . . . . . . . . .2506. Algunos valores del coeficiente Cl de Hazen-Williams. . . . . . . . . . . . . . 2507. Coeficientes de desage para orificios circulares de arista viva.. . . . . .2518. Algunos factores de expansin Y para flujo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2529. Algunos valores medios de n empleados en las frmulas de Kutter y de Manning y de m en la frmula de Bazin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25210.Valores de C de la frmula de Kutter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25311.Valores del factor de descarga K para canales trapezoidales. . . . . . . . .25412.Valores del factor de descarga K para canales trapezoidales. . . . . . . . 25513.reas, de crculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .25614.Pesos y dimensiones de tuberas de fundicin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256DIAGRAMASDiagramas A-l. Diagrama de Moody para coeficientes de friccin f. . . . . . . . . .257A-2. Diagrama de Moody modificado para coeficientes de friccin /(solucin directa para el flujo Q). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .258B. C. Nomograma de caudales, frmula de Hazen-Williams (C = 100). 2591 Coeficiente para orificios medidores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .260D.E.Coeficientes para boquillas de aforo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .261F.Coeficientes para venturmetros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262G.Coeficiente de resistencia en funcin de RE. . . . . . . . . . . . . . . . . . 263H.Coeficientes de resistencia para placas planas y lisas.. . . . . . . . . 264Coeficientes de resistencia a velocidades supersnicas. . . . . . . . .265NDICE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .267 5. S I 6. S I 7. S I 8. IS 9. S I 10. S I 11. S I 12. IS 13. IS 14. S I 15. S I 16. IS 17. S I 18. IS 19. S I 20. IS 21. S I 22. S I 23. S I 24. S I 25. S I 26. S I 27. S I 28. S I 29. S I 30. IS 31. IS 32. S I 33. S I 34. S I 35. S I 36. S I 37. S I 38. IS 39. S I 40. S I 41. S I 42. S I 43. S I 44. S I 45. S I 46. S I 47. S I 48. S 49. S I 50. S I 51. S I 52. S I 53. S I 54. IS 55. S I 56. S I 57. S I 58. S I 59. S I 60. S I 61. IS 62. S I 63. S I 64. S I 65. IS 66. S I 67. S I 68. S I 69. S I 70. IS 71. S I 72. IS 73. S I 74. SI 75. S I 76. S I 77. S I 78. S I 79. S I 80. S I 81. S I 82. S I 83. S I 84. S I 85. S I 86. S I 87. S I 88. S I 89. S I 90. S I 91. S I 92. S I 93. S I 94. S I 95. S I 96. S I 97. S I 98. S I 99. S I 100. S I 101. S I 102. S I 103. S I 104. S I 105. S I 106. S I 107. S I 108. S I 109. S I 110. S I 111. S I 112. S I 113. S I 114. IS 115. S I 116. S I 117. S I 118. S I 119. S I 120. SI 121. S I 122. IS 123. S I 124. S I 125. S I 126. S I 127. S I 128. S I 129. S I 130. S I 131. S I 132. S I 133. S I 134. S I 135. S I 136. S I 137. S I 138. S I 139. S I 140. S I 141. S I 142. S I 143. S I 144. S I 145. S I 146. S I 147. S I 148. S I 149. S I 150. S I 151. S I 152. S I 153. S I 154. S I 155. S I 156. S I 157. S I 158. S I 159. S I 160. S I 161. S I 162. S I 163. S I 164. S I 165. S I 166. S I 167. S I 168. S I 169. S I 170. S I 171. S I 172. S I 173. IS 174. S I 175. S I 176. S I 177. S I 178. S I 179. S I 180. S I 181. S I 182. S I 183. S I 184. S I 185. S I 186. S I 187. S I 188. S I 189. S I 190. S I 191. S I 192. S I 193. S I 194. S I 195. S I 196. S I 197. S I 198. S I 199. S I 200. S I 201. S I 202. S I 203. S I 204. S I 205. S I 206. S I 207. S I 208. S I 209. S I 210. S I 211. S I 212. S I 213. S I 214. S I 215. S I 216. S I 217. S I 218. S I 219. S I 220. S I 221. S I 222. S I 223. S I 224. S I 225. S I 226. IS 227. S I 228. S I 229. S I 230. S I 231. S I 232. S I 233. S I 234. S I 235. S I 236. S I 237. S I 238. S I 239. S I 240. S I 241. S I 242. S I 243. S I 244. S I 245. S I 246. S I 247. S I 248. S I 249. S I 250. IS 251. S I 252. IS 253. S I 254. IS 255. IS 256. IS 257. S I 258. S I 259. S I 260. S I 261. IS 262. IS 263. S I 264. S I 265. S I 266. S I 267. S I 268. S I 269. S I</p>