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Mecanica de-fluidos-e-hidraulica-giles-schaum-mcgraw-hill

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introducción a la mecánica de fluidos e hidráulica

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Mecanica de-fluidos-e-hidraulica-giles-schaum-mcgraw-hill

  1. 1. Pr�logo Este libro ha sido concebido con el principal prop�sito de complementar los textos ordinarios (de mec�nica de los fluidos e hidr�ulica. Se basa en la convicci�n del autor de que el esclarecimiento y comprensi�n de los principios fundamentales de cualquier rama de la mec�nica se obtienen mejor mediante numerosos ejercicios ilustrativos. La anterior edici�n de este libro ha sido acogida muy favorablemente. En esta segunda edici�n, muchos de los cap�tulos han sido revisados y adicionados con objeto de poner al d�a determinados temas de acuerdo con los m�s recientes conceptos, m�todos y terminolog�a. Se ha dedicado especial atenci�n al an�lisis dimensional recogiendo los nuevos materiales en el Cap�tulo 5. La revisi�n m�s extensa se ha llevado a cabo en los cap�tulos que tratan los fundamentos del flujo de fluidos, flujo de fluidos en tuber�as y flujo en canales abiertos. La materia se divide en cap�tulos que abarcan �reas bien definidas de teor�a y estudio. Cada cap�tulo 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 ampl�an la teor�a, presentan m�todos de an�lisis, proporcionan ejemplos pr�cticos e iluminan con aguda perspectiva aquellos aspectos de detalle que capacitan al estudiante para aplicar los principios fundamentales con correcci�n y seguridad. El an�lisis del cuerpo libre, los diagramas vectoriales, los principios de trabajo y energ�a 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 a�os dedicados a la ense�anza de .esta materia. Entre los problemas resueltos se incluyen numerosas demostraciones de teoremas y deducciones de f�rmulas. El elevado n�mero de problemas propuestos asegura un repaso completo del material de cada cap�tulo. Los alumnos de las Escuelas de Ingenier�a reconocer�n la utilidad de este libro al estudiar la me- c�nica de los fluidos y, adicionalmente, aprovechar�n la ventaja de su posterior empleo como libro de referencia en su pr�ctica profesional. Encontrar�n soluciones muy detalladas de numerosos problemas pr�cticos y, cuando lo necesiten, podr�n recurrir siempre al resumen de la teor�a. 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 soluci�n de muchos de los nuevos problemas. Tambi�n he de expresar mi gratitud a la redacci�n de la Schaum Publishing Company y, muy particularmente, a Henry Hayden y Nicola Miracapillo, por sus inestimables sugerencias e inapreciable cooperaci�n. RANALD V. GILES
  2. 2. Tabla de materias Cap�tulo 1 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS La mec�nica de los fluidos y la hidr�ulica. Definici�n de fluido. Sistema t�cnico de unidades. Peso espec�fico. Densidad de un cuerpo. Densidad relativa de un cuerpo. Viscosidad de un fluido. Presi�n de vapor. Tensi�n superficial. Capilaridad. Presi�n de un fluido. La presi�n. Diferencia de presiones. Variaciones de la presi�n en un fluido compresible. Altura o carga de presi�n h. M�dulo volum�trico de elasticidad (E). Compresi�n de los gases. Para condiciones isot�rmicas. Para condiciones adiab�ticas o isoentr�picas. Perturbaciones en la presi�n. Cap�tulo 2 FUERZAS HIDROST�TICAS SOBRE LAS SUPERFICIES. . . . . . . . 22 Introducci�n. Fuerza ejercida por un l�quido sobre un �rea plana. Tensi�n circunferencial o tangencial. Tensi�n longitudinal en cilindros de pared delgada. Cap�tulo 3 EMPUJE Y FLOTACI�N. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Principio de Arqu�medes. Estabilidad de cuerpos sumergidos y flotantes. Cap�tulo 4 TRASLACI�N Y ROTACI�N DE MASAS LIQUIDAS. . . . . . . . . . . 42 Introducci�n. Movimiento horizontal. Movimiento vertical. Rotaci�n de masas fluidas. Recipientes abiertos. Rotaci�n de masas fluidas. Recipientes cerrados. Cap�tulo 5 AN�LISIS DIMENSIONAL Y SEMEJANZA HIDR�ULICA . . . . . . . 50 Introducci�n. An�lisis dimensional. Modelos hidr�ulicos. Semejanza geom�trica. Semejanza cinem�tica. Semejanza din�mica. La relaci�n entre las fuerzas de inercia. Relaci�n de las fuerzas de inercia a las de presi�n. Relaci�n de las fuerzas de inercia a las viscosas. Relaci�n de las fuerzas de inercia a las gravitatorias. Relaci�n de las fuerzas de inercia a las el�sticas. Relaci�n de las fuerzas de inercia a la de tensi�n superficial. Relaci�n de tiempos. Cap�tulo 6 FUNDAMENTOS DEL FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Introducci�n. Flujo de fluidos. Flujo permanente. Flujo uniforme. L�neas de corriente. Tubos de corriente. Ecuaci�n de continuidad. Red de corriente. Ecuaci�n de la energ�a. Altura de velocidad. Aplicaci�n del teorema de Bernoul-li. L�nea de energ�as o de alturas totales. L�nea de alturas piezom�tricas. Potencia. P�ginas 1
  3. 3. Cap�tulo 7 FLUJO DE FLUIDOS EN TUBER�AS. Introducci�n. Flujo laminar. Velocidad cr�tica. N�mero de Reynolds. Flujo turbulento. Tensi�n cortante en la pared de una tuber�a. Distribuci�n de velocidades. P�rdida de carga en flujo laminar. F�rmula de Darcy-Weisbach. Coeficiente de fricci�n. Otras p�rdidas de carga. Cap�tulo 8 SISTEMAS DE TUBER�AS EQUIVALENTES, COMPUESTAS, EN PARALELOYRAMIFICADAS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Sistemas de tubej�as. Sistemas de tuber�as equivalentes. Sistemas de tuber�as compuestas o en serie, en paralelo y ramificadas. M�todos de resoluci�n. F�rmula de Hazen-Williams. Cap�tulo 9 MEDIDAS EN FLUJO DE FLUIDOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Introducci�n. Tubo de Pitot. Coeficiente de descarga. Coeficiente de velocidad. Coeficiente de contracci�n. P�rdida de carga. Vertederos de aforo. F�rmula te�rica de un vertedero. F�rmula de Francis. F�rmula de Banzin. F�rmula de Fteley y Stearns. F�rmula del vertedero triangular. La f�rmula del vertedero trapezoidal. Para presas empleadas como vertederos. E! tiempo de vaciado de dep�sitos. El tiempo para establecer el flujo. Cap�tulo 10 FLUJO EN CANALES ABIERTOS. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Canal abierto. Flujo uniforme y permanente. Flujo no uniforme. Flujo laminar. La f�rmula de Chezy. El coeficiente C. El caudal Q. La p�rdida de carga. Distribuci�n vertical de la velocidad. Energ�a espec�fica. Profundidad cr�tica. Caudal unitario m�ximo. En canales no rectangulares y para un flujo critico. Flujo no uniforme. Los vertederos de aforo de pared gruesa. Resalto hi- dr�ulico. Cap�tulo // FUERZAS DESARROLLADAS POR LOS FLUIDOS EN MOVIMIENTO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Introducci�n. El principio de impulso-can�idad de movimiento. El coeficiente de correcci�n de la cantidad de movimiento. Resistencia. Sustentaci�n. Resistencia total. Coeficientes de resistencia. Coeficientes de sustentaci�n. N�mero de Mach. Teor�a de la capa l�mite. Placas planas. Golpe de ariete. Velocidades supers�nicas. Cap�tulo 12 MAQUINARIA HIDR�ULICA. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 Maquinaria hidr�ulica. En el caso de rodetes. Ruedas hidr�ulicas, bombas y soplantes. Velocidad espec�fica. Rendimiento. Cavitaci�n. Propulsi�n por h�lices. Los coeficientes de la h�lice. TABLA DE MATERIAS P�ginas 96 192
  4. 4. TABLA DE MATERIAS Tabla 1. Propiedades aproximadas de algunos gases.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 2. Densidad relativa y viscosidad cinem�tica de algunos l�quidos. . . . . . . 247 3. Coeficiente de fricci�n / para agua solamente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248 4. P�rdidas 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 desag�e para orificios circulares de arista viva.. . . . . . 251 8. Algunos factores de expansi�n Y para flujo.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 9. Algunos valores medios de n empleados en las f�rmulas de Kutter y de Ma nning y de m en la f�rmula de Bazin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 10. Valores de C de la f�rmula 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 c�rculos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .256 14. Pesos y dimensiones de tuber�as de fundici�n. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Diagrama de Moody para coeficientes de fricci�n f. . . . . . . . . . 257 Diagrama de Moody modificado para coeficientes de fricci�n / (soluci�n directa para el flujo Q). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 Nomograma de caudales, f�rmula de Hazen-Williams (C = 100). 259 Coeficiente para orificios medidores. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Coeficientes para boquillas de aforo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Coeficientes para ventur�metros. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262 Coeficiente de resistencia en funci�n de RE. . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Coeficientes de resistencia para placas planas y lisas.. . . . . . . . . 264 Coeficientes de resistencia a velocidades supers�nicas. . . . . . . . . 265 �NDICE. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 AP�NDICES P�ginas DIAGRAMAS Diagramas A-l. A-2. B.C. 1 D. E. F. G. H.
  5. 5. S I
  6. 6. S I
  7. 7. S I
  8. 8. S I
  9. 9. S I
  10. 10. S I
  11. 11. S I
  12. 12. S I
  13. 13. S I
  14. 14. S I
  15. 15. S I
  16. 16. S I
  17. 17. S I
  18. 18. S I
  19. 19. S I
  20. 20. S I
  21. 21. S I
  22. 22. S I
  23. 23. S I
  24. 24. S I
  25. 25. S I
  26. 26. S I
  27. 27. S I
  28. 28. S I
  29. 29. S I
  30. 30. S I
  31. 31. S I
  32. 32. S I
  33. 33. S I
  34. 34. S I
  35. 35. S I
  36. 36. S I
  37. 37. S I
  38. 38. S I
  39. 39. S I
  40. 40. S I
  41. 41. S I
  42. 42. S I
  43. 43. S I
  44. 44. S I
  45. 45. S I
  46. 46. S I
  47. 47. S I
  48. 48. S
  49. 49. S I
  50. 50. S I
  51. 51. S I
  52. 52. S I
  53. 53. S I
  54. 54. S I
  55. 55. S I
  56. 56. S I
  57. 57. S I
  58. 58. S I
  59. 59. S I
  60. 60. S I
  61. 61. S I
  62. 62. S I
  63. 63. S I
  64. 64. S I
  65. 65. S I
  66. 66. S I
  67. 67. S I
  68. 68. S I
  69. 69. S I
  70. 70. S I
  71. 71. S I
  72. 72. S I
  73. 73. S I
  74. 74. S I
  75. 75. S I
  76. 76. S I
  77. 77. S I
  78. 78. S I
  79. 79. S I
  80. 80. S I
  81. 81. S I
  82. 82. S I
  83. 83. S I
  84. 84. S I
  85. 85. S I
  86. 86. S I
  87. 87. S I
  88. 88. S I
  89. 89. S I
  90. 90. S I
  91. 91. S I
  92. 92. S I
  93. 93. S I
  94. 94. S I
  95. 95. S I
  96. 96. S I
  97. 97. S I
  98. 98. S I
  99. 99. S I
  100. 100. S I
  101. 101. S I
  102. 102. S I
  103. 103. S I
  104. 104. S I
  105. 105. S I
  106. 106. S I
  107. 107. S I
  108. 108. S I
  109. 109. S I
  110. 110. S I
  111. 111. S I
  112. 112. S I
  113. 113. S I
  114. 114. S I
  115. 115. S I
  116. 116. S I
  117. 117. S I
  118. 118. S I
  119. 119. S I
  120. 120. S I
  121. 121. S I
  122. 122. S I
  123. 123. S I
  124. 124. S I
  125. 125. S I
  126. 126. S I
  127. 127. S I
  128. 128. S I
  129. 129. S I
  130. 130. S I
  131. 131. S I
  132. 132. S I
  133. 133. S I
  134. 134. S I
  135. 135. S I
  136. 136. S I
  137. 137. S I
  138. 138. S I
  139. 139. S I
  140. 140. S I
  141. 141. S I
  142. 142. S I
  143. 143. S I
  144. 144. S I
  145. 145. S I
  146. 146. S I
  147. 147. S I
  148. 148. S I
  149. 149. S I
  150. 150. S I
  151. 151. S I
  152. 152. S I
  153. 153. S I
  154. 154. S I
  155. 155. S I
  156. 156. S I
  157. 157. S I
  158. 158. S I
  159. 159. S I
  160. 160. S I
  161. 161. S I
  162. 162. S I
  163. 163. S I
  164. 164. S I
  165. 165. S I
  166. 166. S I
  167. 167. S I
  168. 168. S I
  169. 169. S I
  170. 170. S I
  171. 171. S I
  172. 172. S I
  173. 173. S I
  174. 174. S I
  175. 175. S I
  176. 176. S I
  177. 177. S I
  178. 178. S I
  179. 179. S I
  180. 180. S I
  181. 181. S I
  182. 182. S I
  183. 183. S I
  184. 184. S I
  185. 185. S I
  186. 186. S I
  187. 187. S I
  188. 188. S I
  189. 189. S I
  190. 190. S I
  191. 191. S I
  192. 192. S I
  193. 193. S I
  194. 194. S I
  195. 195. S I
  196. 196. S I
  197. 197. S I
  198. 198. S I
  199. 199. S I
  200. 200. S I
  201. 201. S I
  202. 202. S I
  203. 203. S I
  204. 204. S I
  205. 205. S I
  206. 206. S I
  207. 207. S I
  208. 208. S I
  209. 209. S I
  210. 210. S I
  211. 211. S I
  212. 212. S I
  213. 213. S I
  214. 214. S I
  215. 215. S I
  216. 216. S I
  217. 217. S I
  218. 218. S I
  219. 219. S I
  220. 220. S I
  221. 221. S I
  222. 222. S I
  223. 223. S I
  224. 224. S I
  225. 225. S I
  226. 226. S I
  227. 227. S I
  228. 228. S I
  229. 229. S I
  230. 230. S I
  231. 231. S I
  232. 232. S I
  233. 233. S I
  234. 234. S I
  235. 235. S I
  236. 236. S I
  237. 237. S I
  238. 238. S I
  239. 239. S I
  240. 240. S I
  241. 241. S I
  242. 242. S I
  243. 243. S I
  244. 244. S I
  245. 245. S I
  246. 246. S I
  247. 247. S I
  248. 248. S I
  249. 249. S I
  250. 250. S I
  251. 251. S I
  252. 252. S I
  253. 253. S I
  254. 254. S I
  255. 255. S I
  256. 256. S I
  257. 257. S I
  258. 258. S I
  259. 259. S I
  260. 260. S I
  261. 261. S I
  262. 262. S I
  263. 263. S I
  264. 264. S I
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