Conceptos generales de hidraulica

1. HIDRAULICA

2. SABERES PREVIOS
Sabes porque el hielo flota?
En que se diferencian y en que se asemejan, los gases y los líquidos?
Que pesa mas un litro de agua o un litro de cloro?
Que entiendes por el término Hidraulica?
Conoces las propiedades de los fluidos?
Porque se demora mas en vaciarse un frasco de aceite que un frasco de agua?
Como afecta la presión en el suministro de agua?

3. ¿Qué es la hidráulica?
La palabra Hidráulica viene del latín hydraulica y ésta del griego hydrauliké que
corresponde al término femenino de hydraulikós, que a su vez se deriva de
hydraulis, cuya traducción al español podría ser tubo de agua, pues se
compone de dos palabras:
hydor = agua, y aulos = tubo.

4. QUE SON LOS FLUIDOS
Todos los cuerpos de la naturaleza que tengan forma variable son fluidos. El fluido es un
estado de la materia donde las moléculas se encuentran tan separadas o tan cerca entre
si, que se pueden mover, desplazar.

5. Tipos de fluidos
Gases
Los fluidos que pueden cambiar tanto de
tamaño como de forma se conocen como gases. Los
gases tienen sus moléculas muy separadas, lo que
permite que se muevan.
Líquidos
Aquellos fluidos que pueden cambiar de forma
pero no su volumen (tamaño) son los líquidos; esto se
debe a que sus moléculas se encuentran mucho mas
juntas que en los gases pero no tanto como en los
sólidos, por eso sus moléculas también se pueden
mover.

6. CARACTERISTICAS DE LOS FLUIDOS
CUALIDAD GASES LIQUIDOS
FORMA CONSTANTE NO NO
VOLUMEN CONSTANTE NO SI
OCUPAN TODO EL VOLUMEN DONDE ESTAN
CONTENIDOS
SI NO
ADOPTAN LA FORMA DEL RECIPIENTE QUE LOS
CONTIENE
NO SI
MOVILIDAD DE SUS MOLÉCULAS SI SI
DISTANCIA ENTRE SUS MOLÉCULAS GRANDE NO TAN
GRANDE
VARIAN SU VOLUMEN CON LA TEMPERATURA SI SI
VARIAN SU VOLUMEN CON LA PRESION SI NO

8. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS
• DENSIDAD ABSOLUTA
• DENSIDAD RELATIVA
• VISCOSIDAD DINÁMICA
• VISCOSIDAD CINEMÁTICA
• PRESIÓN HIDROSTÁTICA

9. Densidad ABSOLUTA
• Es la relación entre la masa y el
volumen de un fluido
• Se expresa como: r = m / v
• Sus unidades son:
gr / cm3 = gr / ml
kg / lt
lb / pie3

10. Densidad relativa
• Es la relación entre las densidades de dos fluidos
diferentes a la misma temperatura
• Generalmente para líquidos se utiliza el agua a 20 ºC
como referencia
• Para gases se utiliza el aire como referencia a 20 ºC y 1
atm.

11. Viscosidad absoluta o dinámica
• Es conocida también como viscosidad dinámica, su
símbolo es m
• Expresa la facilidad que tiene un fluido a desplazarse
cuando se le aplica una fuerza externa, una medida de
su resistencia al desplazamiento o a sufrir
deformaciones internas
• Las unidades en que se mide en el sistema
internacional son: N·s/m2, Kg/m*s
N = Kg-m/s2

12. Tabla Viscosidad dinámica vs. temperatura

13. Viscosidad cinemática
• Es el cociente entre la viscosidad dinámica de un
fluido m y su densidad r, su simbolo es u
• En el sistema internacional su unidad es:
m2 / s
• En el ν = μ / ρ (m2/s)

16. Presión Atmosférica
Los gases que rodean la Tierra
ejercen sobre ella una presión
llamada Presión Atmosférica, que
no es igual en todas partes:
A medida que se sube una montaña
la presión disminuye, debido a
que existe menos aire encima.
De igual forma, la presión
atmosférica disminuye antes de
una tormenta y aumenta una vez
pasada esta.

17. Unidades de medida de PA
Atmósfera (atm)
 Una atmósfera es una medida de
presión que equivale exactamente a
la presión ejercida por la atmósfera al
nivel del mar, a una temperatura de 0
(cero) grados centígrados.
 Torricelli encontró que esa presión
era de igual magnitud a la presión
ejercida en la superficie de una
cubeta de Mercurio (Hg) por una
columna del mismo elemento de 760
mm al nivel del mar.
 Por eso, una atmósfera es igual a
760mm de Hg y es aceptado como
una medida de presión.

18. Metros de columna de agua (mca)
• El hecho de que la columna de
Torricelli midiera exactamente 760
mm, es consecuencia de la densidad
del líquido que empleo en su
experimento y de la gravedad de la
Tierra. Si hubiera escogido otro
líquido que no fuera el mercurio, la
altura sería distinta: si fuera agua,
por ejemplo, la columna sería de
aproximadamente 10 m.

19. Presión al interior de un líquido
 Un líquido que se encuentre confinado en un recipiente, toma la forma del
recipiente porque ejerce sobre las paredes del mismo, una presión
uniforme a causa de su propio peso.
 Otra vez aquí se puede ver que esta presión es mayor en un mismo
recipiente si la densidad del líquido confinado es mayor; por otro lado, el
líquido que se encuentra en la superficie, resiste solo el peso de la
atmósfera sobre él, pero el que se encuentra en la base del recipiente
soporta además de la presión atmosférica, la presión del líquido que se
encuentra por encima de él.
 De esto se concluye que la presión ejercida por un líquido es función de la
altura o profundidad a la que se encuentre y de su densidad (o peso
específico).

22. HIDRAULICA DE TUBERIAS

23. Las tuberías pueden estar construidas por varios materiales. Poseen un diámetro que
es aquel que define una sección o área para que circule el agua. Según sea el diámetro será
la sección que dispone el agua para recorrer la tubería. Una tubería de diámetro menor
tendrá también una menor sección que una de mayor diámetro. La relación que se utiliza
para calcular el área disponible para que circule el agua por la tubería es la siguiente:
4
D
A
2

=
A = Área (m2)
∏ = 3.14159
D = Diámetro interno (m)

24. VELOCIDAD DEL AGUA
VELOCIDAD MEDIA
• Es el promedio de velocidad en cierta sección transversal, dada
por la ecuación de continuidad para un flujo
Donde: v = Velocidad media
Qv = Flujo volumétrico
A = Sección transversal
D
Q
4
A
Q
V 2

=
=

25. Principio de continuidad
El principio de continuidad no es más
que un caso particular del principio de
conservación de la masa.
Se basa en que el caudal (Q) del
fluido ha de permanecer constante a
lo largo de toda la conducción.
Dado que el caudal es el producto de
la superficie de una sección del
conducto por la velocidad con que
fluye el fluido, tendremos que en dos
puntos de una misma tubería se debe
cumplir que:

26. Ecuación de continuidad
 Si una tubería no es uniforme (que tenga un diámetro
distinto en una parte) la velocidad en donde el diámetro sea
menor debe ser mayor. Matemáticamente esto es:
 Donde S1 es el Area Transversal de la tubería en una
sección, y V1 es la Velocidad de las partículas que atraviezan
esa sección en ese momento. S2 es el Area Transversal de la
tubería en una sección y V2 es la velocidad de las partículas
que atraviesan esa sección en ese momento.

27. REGÍMENES DE FLUJOS
• FLUJO LAMINAR
• FLUJO EN TRANSICIÓN
• FLUJO TURBULENTO

28. NUMERO REYNOLDS
 El número de Reynolds es un NÚMERO ADIMENSIONAL
utilizado en MECÁNICA DE FLUIDOS, DISEÑO DE
REACTORES, para caracterizar el movimiento de un
fluido.
 La ocurrencia de turbulencia en un flujo se determina
por el Número de Reynolds, cuyo valor depende de la
densidad del fluido, la rapidez, la viscosidad y el
diámetro de la tubería.

29.  Además el número de Reynolds permite predecir el
carácter turbulento o laminar en ciertos casos.
R < 2000 flujo laminar
2000 < R < 3000 flujo en transición
R > 3000 Flujo Turbulento
 Este número recibe su nombre en honor de Osborne
Reynolds (1842-1912), quien lo describió en 1883.

30. Número de Reynolds
• Viene dado por siguiente fórmula:
http://www.youtube.com/watch?v=xFCXGXOHO_s&feature
=related

31. Flujos Turbulentos
 En principio todos los flujos se mueven laminarmente. Pero si se
cambia la velocidad del mismo, por variación de la densidad,
viscosidad o diámetro de la tubería, el flujo se vuelve
turbulento.
 Se entiende por Flujo Turbulento, aquel donde las partículas del
líquido se mueven en trayectorias muy irregulares cambiando
bruscamente de velocidad, no cumpliendo las características del
flujo laminar. Este flujo origina mayores pérdidas de presión.

32. Flujo Laminar
 El flujo laminar es cuando el líquido se mueve en capas,
deslizándose entre si unas con otras, formando líneas de flujo
que siguen una trayectoria precisa: las partículas en
movimiento son bien definidas y no se entrecruzan.
 La velocidad de una partícula en una capa, siempre será la
misma, pero en el área transversal de una tubería, todas las
partículas tendrán velocidades diferentes.

33. TIPOS DE FLUJOS
• FLUJO A PRESIÓN
• FLUJO LIBRE

34. FLUJO LIBRE
El movimiento del fluido se realiza por conductos
abiertos o cerrados parcialmente llenos, de forma
que existe una superficie libre que está en contacto
con la atmósfera. El movimiento se realiza gracias a
la fuerza de la gravedad.

35. Teorema de Torricelli
• De acuerdo con Torricelli, la velocidad de
vaciado ( o de llenado) de un estanque depende
solamente de la diferencia de elevación entre la
superficie libre del fluido y la salida donde se
encuentra ubicado el orificio de descarga.
• A mayor profundidad, mayor será la velocidad
de salida del fluido a través del orificio
V = (2 * g*h)1/2

36. FLUJO A PRESIÓN
El movimiento del agua se realiza por conductos cerrados sobre
los que el fluido ejerce una presión distinta a la atmosférica. El
movimiento se debe principalmente a la acción de la presión
hidráulica.
Un ejemplo, son los sistemas de distribución de agua potable.

37. Pérdidas en tuberías
• Al circular el agua por una tubería, dado que lleva una
cierta velocidad que es energía cinética, al rozar con las
paredes de las tuberías pierde parte de la velocidad por
la fricción que se produce entre el material líquido
contra el sólido de las paredes.
• En tanto mayor es la velocidad mayor será el roce.
• La pérdida por fricción se define como la pérdida de
energía producto de la resistencia que la cañería opone
al paso del agua.

38. PERDIDAS DE CARGA MENORES
• Las pérdidas de energía o cargas menores se producen
cuando la tubería induce el agua a cambiar de dirección.
• Estas se pueden producir por codos, reducciones de
diámetro, válvulas o llaves, o cualquier obstrucción que
encuentre el agua que le impida seguir circulando en línea
recta.

39. Calculo de las pérdidas menores en tuberías
• Hs = Pérdidas singulares o menores (m).
• V = Velocidad de circulación del agua (m/s).
• g = Aceleración de gravedad (9.8 m/s2).
• K = Constante adimensional de coeficiente de resistencia que
depende de los accesorios que se contemplan en el diseño.

40. Pérdidas de carga en accesorios
Accesorio Coeficiente K
Codo 90° 0.90
Válvula de pie 2.50
Llave de compuerta abierta 25% 24.00
Llave de compuerta abierta 50% 5.60
Llave de compuerta abierta 75% 1.15
Llave de compuerta abierta 100% 0.19
Válvula de globo abierta 10.00
Válvula de no retorno 2.50
Contracción brusca
 entrada/ salida = 0.25 0.42
 entrada/ salida = 0.50 0.32
 entrada/ salida = 0.75 0.19
Expansión brusca
 entrada/ salida = 0.25 0.92
 entrada/ salida = 0.50 0.56
 entrada/ salida = 0.75 0.19
Tee 1.80
Codo 45° 0.42
Codo cuadrado 1.80

41. PÉRDIDAS EN CONDUCCIÓNES DE AGUA
• En la conducción de aguas la cantidad de energía para impulsar el
caudal introdujo a la recopilación de datos experimentales sobre
el flujo en las tuberías y al desarrollo de fórmulas de diseño,
siendo una de ellas la más usada hasta la fecha la ecuación de
Hansen Williams dada por Allen Hanzen Ingeniero Sanitario y
Gardner S Williams y profesor de hidraulica.
Hf = 10,643 Q 1.85
C 1.85 D 4.87
• Hf= Pérdidas de carga en m/m
• Q = Caudal en m3/s
• D = Diámetro en m
• C = Coeficiente que depende de la naturaleza del tubo

42. BIBLIOGRAFÍAS
• SOTELO, G. Hidráulica General. Limusa. Mexico.
1998
• ACUEDUCTOS TEORÍA Y DISEÑO. Corcho Romero
Freddy, Duque Sierra Jose Ignacio. Universidad
de Medellín. 2005