UNIVERSIDAD DE LA GUAJIRAFACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA AMBIENTAL TALLER N°1 DE HIDRAULICA INTEGRANTE: NILSON P. MARTINEZ ORTIZ PROFESOR: LEONARDO M. OVIEDO A. I. PARTE 1 – TEORIA 1. Diferencia entre un gas y un líquido. Tanto el líquido como el gas son conocidos como fluidos, y son denominados de esa manera por la capacidad que poseen para fluir. Las siguientes son algunas diferencias que existen entre un líquido y un gas. • • • • Volumen: En el líquido el volumen es determinado, ya que se puede medir con facilidad en una probeta, por el contrario, se dice que el volumen del gas es indeterminado porque se expande y su volumen puede variar dependiendo de la temperatura y la presión a la que este expuesta. Flujo: El gas fluye de una manera más rápida que la del líquido, gracias a que las moléculas del gas poseen menor fuerza de cohesión que las del líquido. Compresión: El líquido es muy poco compresible debido a que la distancia entre moléculas no son muy amplias, por el contrario el gas si es muy compresible gracias a que sus moléculas se encuentran muy separadas unas de otra y cuando son sometidos a cierta presión estos pueden reducir su volumen. Fuerzas de cohesión entre partículas: Los líquidos tienen una fuerza de cohesión fuerte pero menor que la de un sólido la cual, le permite fluir y a la vez tener un volumen determinado, a diferencia de los gases en los que estas fuerzas actúan de una manera muy débil y por esa razón sus moléculas están muy separadas y esto hace que los gases fluyan más rápido que los líquidos y a la vez que tengan un volumen indefinido que puede comprimirse o expandirse. Otra diferencia que hay entre los líquidos y los gases causados por la fuerza de cohesión, es el ordenamiento entre partículas, en los gases las partículas se encuentran en desorden, en cambio en los líquidos se encuentran algo ordenadas pero con cierta libertad de movimiento. 2. Identificar las unidades de las cantidades básicas de tiempo, longitud, fuerza y masa en el Sistema Internacional de Unidades o SI (sistema métrico de unidades). CANTIDADES FISICAS Cualquier cantidad física se caracteriza mediante dimensiones. Las magnitudes asignadas a las dimensiones se llaman unidades. Algunas dimensiones básicas, como masa m, longitud L, tiempo t y temperatura T se seleccionan como dimensiones primarias o fundamentales, mientras que otras como la velocidad V, energía E y volumen V se expresan en términos de las dimensiones primarias y se llaman dimensiones secundarias o dimensiones derivadas. Cantidades físicas básicas: Masa (kg): El kilogramo (kg) es igual a la masa del prototipo internacional del kilogramo Tiempo (s): El segundo (s) es la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio 133. Longitud (m): El metro es la longitud de trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo. Temperatura (K): El kelvin (K), unidad de temperatura termodinámica, es la fracción 1/273,16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua. Fuerza (N) El newton es una unidad derivada del SI que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa. 3. Definir compresibilidad y módulo volumétrico; Definir presión; Definir densidad; Definir peso específico y Definir gravedad específica. Presión: Se define presión como la cantidad de la fuerza que se ejerce sobre una unidad de área de alguna sustancia. Esto se enuncia por medio de la ecuación. = Compresibilidad: La compresibilidad se refiere al cambio de volumen (V) que sufre una sustancia cuando se le sujeta a un cambio de presión, la cantidad usual que se emplea para medir este fenómeno es el modulo volumétrico de elasticidad o sencillamente modo volumétrico, (E): Modulo volumétrico = −∆ (∆ )/ Debido a que las cantidades ∆V y V tienen las mismas unidades, el denominador de la ecuación es adimensional. Por tanto las unidades de E son las mismas que las de la presión. Los líquidos son muy pocos compresibles lo que indica que se requeriría un cambio muy grande en la presión, para producir un cambio pequeño en el volumen. Así, las magnitudes de E para algunos líquidos, son muy grandes, y por esta razón son considerados incomprensibles. El termino modulo volumétrico por lo general no se aplican a los gases, y deben aplicarse los principios de la termodinámica para determinar el cambio de volumen que sufre un gas cuando se cambia la presión. Densidad: Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia. Por lo tanto, si se denota la densidad con la letra griega ρ (rho), se tiene = Donde V es el volumen de la sustancia que tiene masa m. Las unidades de la densidad son kilogramos por metro cubico, en el SI, y slugs por pie cubico en el sistema tradicional de estados unidos. Peso específico: Es la cantidad de peso por unidad de volumen de una sustancia. Si se denota el peso específico con la letra griega γ (gamma), entonces, = Donde V es el volumen de una sustancia que tiene peso w. Las unidades del peso específico son los newtons sobre metro cubico en el SI, y libras sobre pie cubico en el sistema tradicional de Estados Unidos. Gravedad específica: La gravedad específica es la razón de la densidad de una sustancia a la densidad del agua, igualmente también puede ser la razón del peso específico de una sustancia al peso específico del agua. En notación matemática, estas definiciones de gravedad especifica (sg, por sus siglas en ingles), se expresa como = Υ Donde el subíndice s se refiere a la sustancia cuya gravedad especifica se va a determinar, y el subíndice w se refiere al agua. 4. Identificar las relaciones entre peso específico, gravedad específica y densidad. Relación γ-ρ: Es muy frecuente que el peso específico de una sustancia deba encontrarse cuando se conoce su densidad, y viceversa. La conversión de uno a otra se lleva a cabo por medio de la ecuación = Donde g es la aceleración de la gravedad. Esta ecuación se justifica al tomar en cuenta las definiciones de la densidad y la gravedad específica, y por medio de la ecuación que relaciona la masa con el peso, = . La definición de peso específico es = Si se multiplica el numerador y el denominador de esta ecuación por g, se obtiene = Pero = . Por tanto = Como = . Resulta = 5. A gran profundidad del océano la presión es de 80MPa. Suponiendo que el peso específico en la superficie es de 10KN/m3 y que el módulo de elasticidad volumétrico medio es 2.34GPa, Determinar: a) la variación del volumen específico entre la superficie y la gran profundidad, b) el volumen específico en la profundidad, c) el peso específico en la profundidad. 6. La profundidad más grande conocida en el océano es aproximadamente 11Km. Suponiendo que el peso especificó del agua es constante a 10 KN/m2, calcular la presión a esta profundidad. PARTE II - EJERCICIOS. 7. Halle el tipo de flujo que ocurre en una tubería de 30 cm, cuando (a) fluye agua a 20°C a una velocidad de 1,00 m/seg. y (b) fluye un fuel-oil pesado a 25°C y a la misma velocidad. La viscosidad del agua es 1,13 x 10-6 m2/s y del Fuel-oil es de 2,06 x 10-4 m2/s. 8. Una tubería, que transporta aceite de densidad relativa 0,877, pasa de 15 cm. de diámetro, en la sección E, a 45 cm. de la sección R. La sección E esta 3,6 m por debajo de R y las presiones son respectivamente 0,930 Kg/cm2 y 0,615 Kg/cm2. Si el caudal es de 146 l/s., determinar la pérdida de carga en la dirección del flujo. La densidad del agua tomarla como 1000 kg/m3. 9. A partir del depósito A, cuya superficie libre está a una cota de 35.65m, fluye agua hasta otro depósito B, cuya superficie está a una cota de 28.33m. Los depósitos se hallan interconectados por dos tramos. El primer tramo entre A y C, con una tubería de D=25cm de diámetro, L= 30.5m y f = 0.021; el tramo C a B con una longitud de tubería 30.5 m de tubería con un diámetro D=12.5 cm y f = 0.015. Si la cota de la contracción brusca es de 26.53m, determinar la altura de presión en las tuberías de 25cm y 12.5cm en el cambio de sección (C-D). 10. Determine el valor de f en el diagrama de Moody de acuerdo con las siguientes condiciones: MATERIAL V(m/s) D (m) ϒ(m²/s) E-06 T⁰C ε(m) ε/D f f (moody) (formula) Re PVC 0.1 0.01 15 1.139 1.50E-06 1.5E-04 877.963 0.07 0.0701 Hierro forjado 0.3 0.09 20 1.003 1.50E-04 1.7E-03 26919.242 0.029 0.0281 Madera Hierro Galvanizado Acero comercial 0.5 0.03 30 0.800 1.80E-04 6.0E-03 18750 0.037 0.0366 1 0.08 35 0.729 1.50E-04 1.9E-03 109739.369 0.025 0.0249 1.5 0.02 40 0.658 4.60E-05 2.3E-03 0.027 0.0277 45592.705 Para determinar el diámetro “D (cm)”, debe tener presente lo siguiente: las letras A-B-C-D-E corresponden a los dígitos de la cédula o documento de identidad así: 1 5 2 0 A 9 B 3 C Como el valor de A es cero se cambia por 1cm. 8 D 2 E (cm)