Unidad 1 : HIDRAULICA

HIDRÁULICA
La hidráulica es la rama de la física que estudia el comportamiento de los fluidos en función de sus propiedades específicas. Es decir, estudia las propiedades mecánicas de los líquidos dependiendo de las fuerzas a que pueden ser sometidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a que esté sometido el fluido.Una central hidroeléctrica generalmente se ubica en regiones donde existe una combinación adecuada de lluvias y desniveles geológicos favorables para la construcción de represas.se emplea para referirse a la transmisión y control de fuerzas y movimientos por medio de líquidos, es decir, se utilizan los líquidos para la transmisión de energía, en la mayoría de los casos se trata de aceites minerales pero también pueden emplearse otros fluidos, como líquidos sintéticos, agua o una emulsión agua-aceite. 
La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos; analiza las leyes que rigen el movimiento de los líquidos y las técnicas para mejorar el aprovechamiento de las aguas

FLUIDO

Es un un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma "original" .

LOS SÓLIDOS

Se caracteriza por la gran fuerza de cohesión entre sus moléculas, lo cual impide cualquier tipo de expansión. Calentados a gran temperatura, la cohesión se debilita y puede convertirse sucesivamente en líquido y gas. 

PROPIEDADES:

FORMA: tienen forma propia y fija. 

VOLUMEN: volumen propio y fijo. 

COMPRESIBILIDAD: no pueden comprimirse. 

FUERZAS INTERMOLECULARES En un sólido las fuerzas intermoleculares que predominan son las de atracción.. 

LOS LÍQUIDOS

Un líquido es una sustancia formada por moléculas que están en constante movimiento de desplazamiento y que se deslizan unas sobre las otras. 
La disposición de estas moléculas le da un aspecto de fluidez con la que frecuentemente se les asocia.
Los líquidos son fluidos porque no tienen forma propia, sino que adoptan la forma del recipiente que los contiene. Por ejemplo, si echas igual cantidad de un líquido en un tubo de ensayo, a un plato o en una botella, éstos adoptarán la forma de cada uno de estos objetos. Si observas algunos líquidos notarás que ninguno de ellos tiene forma definida y que, al igual que los sólidos, tampoco pueden comprimirse. 

PROPIEDADES

FORMA: Adoptan la forma del recipiente que los contiene. 
VOLUMEN: No varía. 
COMPRESIBILIDAD: Son incompresibles. 
FUERZAS INTERMOLECULARES: En un líquido las fuerzas intermoleculares de ATRACCIÓN y REPULSIÓN se encuentran igualadas. 

LOS GASES

En los gases, las fuerzas de atracción son casi inexistentes, por lo que las partículas están muy separadas unas de otras y se mueven rápidamente y en cualquier dirección, trasladándose incluso a largas distancias.

Propiedades:

- No tienen forma ni volumen fijos.
- En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.
- El gas adopta el tamaño y la forma del lugar que ocupa.
- Ocupa todo el espacio dentro del recipiente que lo contiene.
- Se pueden comprimir con facilidad, reduciendo su volumen.
- Se difunden y tienden a mezclarse con otras sustancias gaseosas, líquidas e, incluso, sólidas.
- Se dilatan y contraen como los sólidos y líquidos.

EJEMPLOS DE FLUIDOS

-agua 
-aire 
-gelatina 
-mercurio liquido 
-limonada 
-jarabes 
-miel 
-oxigeno 
-saliva 

PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS

ESTABILIDAD

La estabilidad de un cuerpo parcial o totalmente sumergido es vertical y obedece al equilibrio existente entre el peso del cuerpo () y la fuerza de flotación (_F):

F_F = W    (en el equilibrio)

ambas fuerzas son verticales y actúan a lo largo de la misma línea. La fuerza de flotación estará aplicada en el centro de flotación (CF) y el peso estará aplicado en el centro de gravedad (CG).

TURBULENCIA

turbulencia o flujo turbulento es un régimen de flujo caracterizado por baja difusión de momento, alta convección y cambios espacio-temporales rápidos de presión y velocidad. Los flujos no turbulentos son también llamados flujos laminares. Un flujo se puede caracterizar como laminar o turbulento observando el orden de magnitud del número de Reynolds.

Considere el flujo de agua sobre un cuerpo simple de configuración geométrica suave como una esfera. A baja velocidad el flujo es laminar, es decir que el flujo es suave (aunque pueda estar relacionado con vórtices de gran escala). A medida que la velocidad aumenta, en algún momento se pasa al régimen turbulento. En flujo turbulento, se asume que aparecen vórtices de diferentes escalas que interactúan entre sí. La fuerza de arrastre debido a fricción en la capa límite aumenta. La estructura y localización del punto de separación de la capa límite cambia, a veces resultando en una reducción de la fuerza de arrastre global.

VISCOSIDAD

La viscosidad de un fluido es una medida de su resistencia a las deformaciones graduales producidas por tensiones cortantes o tensiones de tracción. La viscosidad se corresponde con el concepto informal de "espesor". Por ejemplo, la miel tiene una viscosidad mucho mayor que el agua.

La viscosidad es una propiedad física característica de todos los fluidos que emerge de las colisiones entre las partículas del fluido que se mueven a diferentes velocidades, provocando una resistencia su movimiento. 

PARA MAS INFORMACION CLICK AL LINK: https://www.youtube.com/watch?v=2W0IkFu_st0

DENSIDAD

PARA MAS INFORMACIÓN CLICK AL LINK:https://www.youtube.com/watch?v=qA5HTUyljeY

VOLUMEN

El volumen es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Es una función derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones .En matemáticas el volumen es una medida que se define como los demás conceptos métricos a partir de una distancia o tensor métrico. En física, el volumen es una magnitud física extensiva asociada a la propiedad de los cuerpos físicos de ser extensos, que a su vez se debe al principio de exclusión de Pauli. La unidad de medida de volumen en el Sistema Internacional de Unidades es el metro cúbico, aunque temporalmente también acepta el litro, que se utiliza comúnmente en la vida práctica.

FORMULAS
V = m /δ

v= m/d
Donde:
V= volumen m³
m= masa kg
d= densidad kg/m³

PROBLEMAS

1.- Cual será el volumen de un líquido que tiene una densidad de 30 kg/m³ y una masa de 600 kg?.
DATOS FORMULA SUSTITUCIÓN RESULTADO
V= x v= m/δ v= 600 kg/30kg/m³ v= 20 m³
δ= 30 kg/m³
m= 600 kg.

PESO ESPECIFICO

peso específico a la relación entre el peso de una sustancia y su volumen.

Para mas información hacer click al siguiente link: https://www.youtube.com/watch?v=c1gdc1uhgHo

GRAVEDAD ESPECIFICA

La gravedad específica es una comparación de la densidad de una substancia

 con la densidad del agua:

 La gravedad Específica = De la substancia /Del agua 

La gravedad específicas es adimensional y numéricamente

 coincide con la densidad. 

Gravedad Especifica: La gravedad especifica estadefinida como 

el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada 

a 4 grados centígrados.

Se representa la Gravedad Especifica por Gs, y también se puede calcular 

utilizando cualquier relación de peso dela sustancia

 a peso del agua siempre y cuando se consideren volúmenes 

iguales de material y agua.Gs = Ws/v / Ww/v .

TENSIÓN SUPERFICIAL

tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero , poder desplazarse por la superficie del agua sin hundirse.

Para mas información hacer click al siguiente link: https://www.youtube.com/watch?v=Uy-RUMaZ0c0

COHESION

Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos

En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un liquido casi incompresible.

 Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.

                                 LA COHESIÓN EN LOS DIFERENTES ESTADOS:

Tanto los gases como los líquidos son fluidos, pero los líquidos tienen una propiedad de la que carecen los gases: tienen una superficie “libre”, o sea tienen una superficie cuya forma no esta determinada por la forma del recipiente que lo contiene. Esta superficie se forma por una combinación de atracción gravitacional de la tierra, fuerza ocasionada por el peso y de fuerzas entre moléculas del líquido. Una consecuencia de eso es que en la superficie de los líquidos actúa una fuerza que no esta presente en el interior de los líquidos salvo que haya burbujas en el interior, por eso llamada “tención superficial”. Aunque relativamente pequeña, esta fuerza es determinante para muchos procesos biológicos, para la formación de burbujas, para la formación de olas pequeñas.

En los gases, tienen fuerza de cohesión que se observa en su licuefacción,  tiene lugar al comprimir una serie de moléculas y producirse fuerza de atracción suficiente mente altas para proporcionar una estructura liquida.

En los líquidos, la cohesión se refleja en la tensión superficial, causada por una fuerza no equilibrada hacia el interior del líquido que actúa sobre las moléculas superficiales, y también en la transformación de un líquido en sólido cuando se comprimen las moléculas lo suficiente.

ADHESIÓN

La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.

La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento) es un ejemplo claro.

La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.

Para mas informacion hacer click al link: https://www.youtube.com/watch?v=15rarlNhY-E

Diferencia entre densidad y peso específico

La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.

La densidad se define como el cuociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.Así, como en el Sistema Internacional , la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3).

La mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr/cm3).

La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor.

Densidad

Unidad Básica Sistema Internacional (S.I.):   kilogramo/metro3 (kg/m3)

Definición: es la cantidad de masa (kg) contenida en cada metro cúbico de volumen. O dicho de otra manera, es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

Equivalencias

1 grain/ft3 (gr/ft3) = 2,2884·10-3 kg/m3

1 lb/ft3 = 16,01846 kg/m3

1 lb/in3 = 2,76799·104 kg/m3

1 ton/yarda3 = 6,935925·102 kg/m3

1 lb/UKgal = 99,779 kg/m3

1 lb/USgal = 1,1983·102 kg/m3

Formula

Peso especifico

El peso específico de un cuerpo o sustancia, es la relación que existe entre el peso y el volumen que ocupa una sustancia ya sea en estado solido, líquido o gaseoso. Es una constante en el sentido de que es un valor que no cambia para cada sustancia ya que a medida que aumenta su peso también aumentara su volumen ocupado, al igual que sucede con la densidad. 

otras formulas

DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO EJEMPLOS: