fundamentos hidraulica
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Unidad 2 Fundamentos
J.Max Quispe Chambi
2
• Esta unidad tiene como propósito:Identificar los principios básicos que rigen
el comportamiento de los fluidos en reposo y en movimiento
Propósito
• SUSTANCIA CUYAS MOLÉCULAS GOZAN DE GRAN MOVILIDAD UNA RESPECTO A LAS OTRAS TOMANDO LA FORMA DEL RECIPIENTE QUE LAS CONTIENE.
Fluido
F
F F
FF F
DEFINICIONES PRELIMINARESHIDRODINÁMICA
• FLUIDO INCOMPRESIBLE.
AQUEL CUYA
COMPRESIBILIDAD ES
DESPRECIABLE. POR
EJEMPLO EL AGUA, EL
ACEITE,ETC.
DEFINICIONES PRELIMINARESHIDRODINÁMICA
• FLUIDO COMPRESIBLE.
AQUEL CUYA
COMPRESIBILIDAD ES
SIGNIFICATIVA. POR
EJEMPLO EL AIRE, EL
OXÍGENO, ETC.
F
F F
F F F
CLASIFICACIÓN:
• OTRA CLASIFICACIÓN
PARA EL ESTUDIO DE
LOS FLUIDOS ES POR SU
ESTADO DE REPOSO O
DE MOVIMIENTO.
HIDROSTÁTICA
• ESTUDIO DE LOS FLUIDOS EN
REPOSO.
• EN LOS SISTEMAS
HIDROSTÁTICOS LA ENERGÍA
QUE PREDOMINA ES LA
ENERGÍA DE PRESIÓN.
HIDRODINÁMICA
• ESTUDIO DE LOS FLUIDOS EN
MOVIMIENTO.
• EN LOS SISTEMAS
HIDRODINÁMICOS LA ENERGÍA
QUE PREDOMINA ES LA
ENERGÍA DE VELOCIDAD.
DEFINICIONES PRELIMINARESHIDROSTÁTICA
• LEY DE PASCAL: LOS
EFECTOS DE UNA
FUERZA SOBRE UN
FLUIDO EN REPOSO SE
PROLONGAN A TRAVÉS
DE TODO EL FLUIDO.
PF
LA PRESIÓN QUE GENERA LAFUERZA "F" SE DISTRIBUYEUNIFORMEMENTE EN TODO ELRECIPIENTE.
A
F
AF
p
PRINCIPIO DE PASCAL
DEFINICIONES PRELIMINARESHIDROSTÁTICA
• PRESIÓN A CAUSA DEL PESO DEL FLUIDO:
• EL PESO DE UN FLUIDO A UNA DETERMINADA PROFUNDIDAD GENERA PRESIÓN.
referencia
EL PESO DE LA COLUMNA DELÍQUIDO VA AUMENTANDO AMEDIDA QUE ÉSTA SEACERQUE A LA BASE
h 2
h 1
h 3
h
PRESION COMO CONSECUENCIA DEL PESO DEL FLUIDO
hp
DEFINICIONES PRELIMINARESHIDRODINÁMICA
• FLUJO MÁSICO:
DEFINICIÓN USADA PARA FLUIDOS EN MOVIMIENTO QUE SE REFIERE A LA CANTIDAD DE MASA QUE SE TRANSPORTA
EN EL TIEMPO.
".
"m
AL ESTAR LA VÁLVULA DE BOLACERRADA EL FLUJO MÁSICO ES
CERO.
AL ABRIR LA VÁLVULA SE MIDE QUE 20GRAMOS DE FLUIDO SE HAN DEPOSITADOEN 5 SEGUNDOS; ENTONCES EL FLUJO ES
DE 20g/5s = 4g/s.
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDRODINÁMICA
• CONSERVACIÓN DE LA
MASA:
SE DICE QUE LA MASA
SE CONSERVA CUANDO
EL FLUJO MÁSICO
PERMANECE
CONSTANTE.
COMPRESOR
.
21
.
mm
2222
.
Avm
2222
.
Avm Flujo másico que ingresa
Flujo másico que sale
m : flujo másico (kg/s). : densidad (kg/m 3).A : área tranversal de flujo (m 2).v : velocidad de flujo (m/s).
".
"m
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDRODINÁMICA
• ECUACIÓN DE
CONTINUIDAD
ÉSTA ES UNA
CONCLUSIÓN DE LA
CONSERVACIÓN DE LA
MASA PARA UN FLUIDO
INCOMPRESIBLE.M Q
p1
Q Qv1
p2Q 1 Q 2
Q 1=Q 2
v 1<v 2
A 1>A 2
BOMBAHIDRAULICA
v2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDRODINÁMICA
• CONSERVACIÓN DE LA
ENERGÍA
LA ENERGÍA QUE INGRESA A UN COMPONENTE HIDRAÚLICO ES LA MISMA QUE SALE DE DICHO COMPONENTE.
LA ENERGÍA QUE INGRESA EN ELTRANSCURSO DEL TIEMPO ES LA
MISMA QUE SALE EN EL TRANSCURSODEL TIEMPO.
E SALE 2
E INGRESA
(PÉRDIDAS)
MECÁNICA
E SALE 1
HIDRAÚLICA
E INGRESA = E SALE 1 + E SALE 2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDRODINÁMICA
• ECUACIÓN DE
BERNOULLI EN UN FLUIDO INCOMPRESIBLE,
NO VISCOSO CUALQUIER PUNTO
DE UNA LÍNEA DE CORRIENTE
TIENE LOS SIGUIENTES TIPOS DE
ENERGÍA CUYA SUMA
PERMANECE CONSTANTE.EP 1 + EV 1 + EZ 1 = EP 2 + EV 2 + EZ 2
EP = ENERGÍA DE PRESIÓNEV = ENERGÍA DE VELOCIDAD
EZ = ENERGÍA DE POSICIÓN
p 1
Q
Q
v 1
p 2
Q 1
Q 2
A 1 A 2
v 2
h2h1
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDRODINÁMICA
• ECUACIÓN DE
BERNOULLI EN UN FLUIDO INCOMPRESIBLE,
VISCOSO LA ECUACIÓN DE
BERNOULLI SE MODIFICA; PUES
AQUÍ ES SIGNIFICATIVA LA
FRICCIÓN.
1Q
Q
PERDIDAS 1-2 ENERGETICAS2
E presión 1E velocidad 1E posición 1
E presión 2E velocidad 2E posición 2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDRODINÁMICA
• FACTORES QUE GENERAN PÉRDIDAS HIDRAÚLICAS
• LAS PÉRDIDAS PRIMARIAS DEPENDEN DEL TIPO DE
FLUJO,VISCOSIDAD, TEMPERATURA, ROZAMIENTO, VELOCIDAD,
DIÁMETRO, LONGITUD DE LA TUBERÍA, ETC.
• POR OTRO LADO LAS PÉRDIDAS SECUNDARIAS DEPENDEN DE LA
VELOCIDAD, FORMA DE LA TUBERIA, CODOS, VÁLVULAS,
ACCESORIOS.
1 2 PRIMARIAS SECUNDARIASPÉRDIDAS PÉRDIDAS PÉRDIDAS
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• PRESIÓN GENERADA POR LA
FUERZA
TODO CUERPO EJECE UNA
PRESIÓN P SOBRE LA
SUPERFICIE EN LA QUE SE APOYA
CUYA MAGNITUD DEPENDE DE
LA FUERZA F (PESO DEL
CUERPO) Y LA SUPERFICIE A EN
LA QUE SE APOYA DICHO
CUERPO.
AF
FP = A
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• UNIDAD DE LA PRESIÓN
SEGÚN EL SISTEMA
INTERNACIONAL
AL COLOCAR UN CUERPO DE 10
NEWTON DE PESO (1
KILOGRAMO DE MASA) SOBRE
UNA SUPERFICIE DE 10m2 SE
OBTIENE UNA PRESIÓN DE 1
PASCAL .
A=10m 2
F=10N
P = 1 Pascal
10NP =
10m 2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• EJEMPLO: PRESIÓN
GENERADA POR LA FUERZA
EN LA FIGURA, SE TIENE EL
MISMO CUERPO UBICADO DE
DISTINTA MANERA, LUEGO SE
EJERCERÁN DIFERENTES
PRESIONES SOBRE LAS
SUPERFICIES DE APOYO.
A 1=2m 2
P 1 = 2500 Pa
5000NP 1=
2m 2
A 2=1m 2
P 1 = 5000 Pa
5000NP 1=
1m 2
F 1=5000N
F 2=5000N
PRESION = F / A
p
10000lb-f
A10 pul 2
3,5 pul 2
3,5 pul 2
10 pul 2
p
10000lb-f
A
PARA LA MISMA FUERZADIVERSAS PRESIONES
A 2
F
p
F
A1
p
25
Problema Propuesto
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• MULTIPLICACIÓN DE
FUERZAS
APLICANDO UNA FUERZA
PEQUEÑA SOBRE UN ÁREA
PEQUEÑA, SE OBTIENE UNA
FUERZA GRANDE APLICADA
SOBRE UN ÁREA GRANDE. POR
TANTO LAS FUERZAS SON
PROPORCIONALES A SUS
RESPECTIVAS ÁREAS.
A 1
A 2
F 2
F 1
P 2P 1
F 2 =A 2 F 1A 1
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• PROBLEMA PROPUESTO SOBRE MULTIPLICACIÓN DE FUERZAS: ¿QUE
FUERZA SE APLICA AL CUERPO EN B?
A
B
50 kg-f
20100
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• MULTIPLICACIÓN DE
DISTANCIAS
AL APLICAR LA FUERZA F1 EL
ÉMBOLO A1 SE DESPLAZA HACIA
ABAJO UNA DISTANCIA S1
DESPLAZANDO A SU VEZ EL ÉMBOLO A2 HACIA ARRIBA
CON CARGA F2 OTRA
DETERMINADA DISTANCIA S2.
A 2
h
A 1
F 2
F 1 s 1
s 2
h
=A 2
A 1
s 1
s 2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• EJEMPLO: MULTIPLICACIÓN
DE DISTANCIAS
EN UN FLUIDO INCOMPRESIBLE,
NO VISCOSO CUALQUIER PUNTO
DE UNA LÍNEA DE CORRIENTE
TIENE LOS SIGUIENTES TIPOS DE
ENERGÍA CUYA SUMA
PERMANECE CONSTANTE.
A 1
A 2
F 2
F 1
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• MULTIPLICACIÓN DE
PRESIONES
LA FUERZA F1 APLICADA AL
ÉMBOLO GRANDE SE EQUILIBRA
CON LA FUERZA F2 APLICADA AL
ÉMBOLO PEQUEÑO; DONDE LA
PRESIÓN GENERADA P2 ES DE
MAYOR MAGNITUD QUE P1.
p1
p2
A2
F2F1
A 1
=A 2
A 1
p 1
p 2
F 1=F 2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• PROBLEMA PROPUESTO: MULTIPLICACIÓN DE PRESIONES
p1
Datos:
D 1=5cm
NOTA .- RESULTA PRÁCTICO CALCULAR EL ÁREACON LA SIGUIENTE FÓRMULA:
p 1=100bar
D 2=2cm
SISTEMA EN EQUILIBRIO.
A=0,79D 2
A 1
F1
p2
A 2
F2
PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA HIDROSTÁTICA
• OTRAS UNIDADES DE PRESIÓN:
TABLA DE EQUIVALENCIAS
bar N/m 2 Pa psi
1,013 1,013 x 10 5 1,013 x 10 5 14,68
0,981 98100 98100 14,78
1 10 5 14,50
10 -5 1 1 1,45 x 10 -4
atm
1
0,968
0,987
9,87 x 10 -4
kg/cm 2
1,033
1
1,02
1,02 x 10 -5
10 5
MEDICIÓN DE LA PRESIÓN
CEROABSOLUTO
p absoluta(atm)
pres
ión
abs
olut
a
p. m
anom
étri
ca
1
2
3
0
A
CEROMANOMÉTRICO
0
1
2
p m anométrica(atm)
pres
ión
vaci
o
B
p. a
tmos
féri
ca
pres
ión
abs
olut
a
p. a
tmos
féri
ca
-0,20,8
p absoluta = p atmosférica + p manométrica
MANOMÉTROS
• MANÓMETROS
INSTRUMENTOS QUE MIDEN LA
PRESIÓN TOMANDO COMO
REFERENCIA LA PRESIÓN
ATMOSFÉRICA. LOS
INSTRUMENTOS QUE MIDEN LA
PRESIÓN NEGATIVA SE
DENOMINAN VACUOMÉTROS.
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