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 el mejor aprovechamiento de las aguas. La hidráulica se divide en dos partes: la hidrostática, encargada de lo relacionado con los líquidos en reposo; y la hidrodinámica que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento. La hidráulica se fundamenta en las siguientes consideraciones: los líquidos son isótropos, es decir, manifiestan las mismas propiedades físicas en todas la direcciones; son incomprensibles y totalmente fluidos; circulan en régimen permanente toda vez que sus moléculas atraviesan una sección de tubería a la misma velocidad y de manera continua, porque las moléculas en intimo contacto transmiten íntegramente de una a otra las presiones que reciben.
La hidrostática tiene por objetivo estudiar a los líquidos en reposo. Se fundamenta en leyes y principios como el de Arquímedes, pascal, o la paradoja hidrostática de Stevin; mismos que contribuyen a cuantificar las presiones ejercidas por los fluidos, y al estudio de sus características generales.
Los principios de la hidrostática también se aplican a los gases.
El término fluido se aplica a los líquidos y gases porque ambos tienen propiedades comunes. Un gas es muy ligero y, por tanto, puede comprimirse con facilidad, mientras un líquido es prácticamente incompresible. Los fluidos están constituidos por gran cantidad de minúsculas partículas de materia, estas se deslizan unas sobre otras en los líquidos y en los gases se mueven sueltas. Esto explica porque los líquidos y gases no tienen forma definida, adoptando la del recipiente que los contiene.
Un gas es expansible, por consiguiente su volumen no es constante; pues al pasarlo a un recipiente de mayor volumen inmediatamente ocupa todo el espacio libre. Un liquido, por su parte, no tiene forma definida, pero si volumen definido.
Se origina por el rozamiento de unas partículas con otras, cuando un líquido fluye. La viscosidad se puede definir como una medida de la resistencia que opone a un líquido a fluir.
Cada líquido fluye con rapidez distinta; mientras más viscoso es un líquido, más tiempo tarda en fluir. En la industria la viscosidad se cuantifica en forma práctica, utilizando recipientes con una determinada capacidad, que tienen un orificio de un diámetro establecido convencionalmente. Al medir el tiempo que el líquido tarda en fluir se conoce su viscosidad, para ello se usan tablas que relacionan el tiempo de escurrimiento con la viscosidad. La unidad de viscosidad en el sistema internacional es el poiseville definido como la viscosidad que tiene un fluido cuando su movimiento rectilíneo uniforme sobre una superficie plana es retardado por una fuerza de un newton por metro cuadrado de superficie de contacto con el fluido, cuya velocidad respecto a la superficie es de un metro por segundo.
En el sistema CGS la unidad de viscosidad es el poise y equivale a la decima parte del poiseville. En la industria se utiliza como unidad práctica de viscosidad es el centipoise que equivale a la centésima parte del poise.
La tensión superficial hace que la superficie de un líquido se comporte como una finísima membrana elástica. Este fenómeno se presenta debido a la atracción entre las moléculas del liquido, cuando se coloca un liquido en un recipiente, las moléculas interiores se atraen entre sí en todas direcciones por fuerzas iguales que se contrarrestan unas con otras; pero las moléculas de la superficie libre del liquido solo son atraídas por las inferiores y laterales más cercanas. La resultante de las fuerzas de atracción ejercidas por las moléculas próximas a una superficie, se dirige hacia el interior del líquido, lo cual da origen a la tensión superficial.
Debido a la tensión superficial una pequeña masa del líquido tiende a ser redonda en el aire.
La tensión superficial del agua puede reducirse en forma considerable si se agrega detergente esto contribuye a que el agua penetre con más facilidad por los tejidos de la ropa durante el lavado.
Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. Por la fuerza de cohesión, si dos gotas de agua se juntan forman una sola.
La adherencia es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de dos sustancias diferentes en contacto. Comúnmente las sustancias liquidas se adhieren a los cuerpos sólidos.
Cuando el fenómeno de adherencia se presenta significa que la fuerza de cohesión entre las moléculas de una misma sustancia es menor a la fuerza de adherencia que experimenta al contacto con otra. Tal es el caso del agua adherida al vidrio, la pintura al adherirse a un muro, el aceite al papel, o la tinta a un cuaderno.
La capilaridad se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared solida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello) llamados capilares.
Al introducir un tubo de diámetro muy pequeño en un recipiente con agua se observa que el líquido asciende por el tubo alcanzando una altura mayor que la de la superficie libre del líquido. La superficie del líquido contenido en el tubo no es plana, sino que forma un menisco cóncavo.
Si se introduce un tubo capilar en un recipiente con mercurio, se observa que el líquido desciende debido a una depresión. En este caso se forma un menisco convexo.
La densidad de una sustancia p expresa la masa contenida en la unidad de volumen. Su valor se determina dividiendo la masa de la sustancia entre el volumen que ocupa.
El peso específico de una sustancia se determina dividiendo su peso entre el volumen que ocupa.
La densidad se determina usando los densímetros. Estos dispositivos se sumergen en el líquido al cual se le va a determinar su densidad y esta se lee, según el nivel que alcance en el líquido que flotan, con base en una escala previamente determinada por el fabricante.
La presión indica la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa. En cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuara en forma perpendicular sobre una superficie.
Cuanto mayor sea la fuerza aplicada, mayor será la presión para una misma área. Cuando se aplica una misma fuerza pero el área aumenta, la presión disminuye de manera inversamente proporcional al incremento de dicha área.
La fuerza es directamente proporcional a la presión, y esta es inversamente proporcional al área.
El hundimiento no es un indicador de la fuerza, sino de la presión que ejercen sobre otros.
La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes del recipiente que lo contiene. Dicha presión actúa en todas direcciones y solo es nula en la superficie libre del líquido. A esta presión se le llama hidrostática.
La presión hidrostática es aquella que origina todo líquido sobre el fondo y las paredes del recipiente que lo contiene. Esto se debe a la fuerza que el peso de las moléculas ejerce sobre un área determinada; la presión aumenta conforme es mayor la profundidad.
La presión hidrostática en cualquier punto puede calcularse multiplicando el peso específico del líquido por la altura que hay desde la superficie libre del líquido hasta el punto considerado.
La llamada paradoja (lo que va en contra de la opinión común) hidrostática de Stevin señala lo siguiente: la presión ejercida por un liquido en cualquier punto de un recipiente, no depende de la forma de este ni de la cantidad de liquido contenido, sino únicamente del peso especifico y de la altura que hay del punto considerado a la superficie libre del liquido.
La tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmosfera. El aire, que es una mezcla de 20% de oxigeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, la cual es llamada presión atmosférica.
La presión atmosférica varia con la altura, por lo que al nivel del mar tiene su máximo valor o presión normal equivalente a: 1 atmosfera = 760 mm de Hg
En la ciudad de México su valor de 586 MM DE Hg equivalente a: 0.78 * 105 N/M².
Un barómetro es el instrumento que sirve para determinar experimentalmente la presión atmosférica. Evangelista Torricelli (1608- 1647) fue el primero en crear un barómetro de mercurio.
Al conocer el experimento de Torricelli al nivel del mar, pascal propuso que si la presión atmosférica tenía su origen en el peso del aire que envolvía a la tierra, la presión barométrica seria menor a una mayor altura.
La presión diferente a la atmosfera recibe el nombre de presión manométrica. De donde la presión absoluta que soporta el fluido encerrado es igual a la suma de las presiones manométrica y atmosférica.
Los dispositivos para medir la presión manométrica se llaman manómetros. La presión manométrica es igual a la diferencia entre la presión absoluta del interior del recipiente y la presión atmosférica.
Un manómetro de uso extenso es el tubo abierto o manómetro de líquido el cual tiene forma de u; generalmente contiene mercurio pero si se requiere alta sensibilidad debe contener agua o alcohol. La diferencia entre los dos niveles determina la presión manométrica, a la cual debe agregarse la atmosfera si se desea conocer la presión absoluta del interior del recipiente.
Otro tipo de manómetro es el de tubo o de Bourdon, que funciona sin líquido; está constituido por un tubito elástico, en forma de espiral, cerrado por un extremo y por el otro recibe la presión que se desea medir, esta distiende el tubito y su deformación elástica es transmitida a una aguja que giraba sobre una circunferencia graduada.
Blaise Pascal (1623-1662), enuncio el siguiente principio que lleva su nombre:
Toda presión que se ejerce sobre un líquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del líquido y a las paredes del recipiente que lo contiene.
La prensa hidráulica es una de las aplicaciones del principio de pascal. Consta esencialmente de dos cilindros de diferente diámetro cada uno con su respectivo embudo, unidos por medio de un tubo de comunicación. Se llenan de liquido el tubo y los cilindros, y al aplicar una fuerza en el embolo de menor tamaño la presión que genera se transmite íntegramente al embolo mayor. Al penetrar el liquido en el cilindro mayor, que está unido a una plataforma, empuja el embolo hacia arriba.
Con este dispositivo, si una fuerza pequeña actúa sobre el embolo menor produce una gran fuerza sobre el embolo mayor.
La prensa hidráulica se utiliza en la industria para comprimir algodón o tabaco; para extraer aceites de algunas semillas o jugos de algunas frutas. Los frenos hidráulicos de los automóviles también se basan en el principio de pascal.
Con base en su descubrimiento de la transmisión integra de cualquier presión hecha sobre un líquido encerrado en un recipiente. Pascal realizo de la manera siguiente el experimento de tonel.
Conecto de modo vertical un tubo largo y delgado a la tapa de un tonel o barril de manera previamente lleno con agua. Después virtio el agua contenida en una jarra a través del tubo delgado y al subir el nivel del agua por este, la presión en el líquido encerrado en el tonel y en las paredes del mismo fue tan grande que lo reventó en pedazos, ante la sorprendida mirada de los observadores del experimento.
La razón por la cual se rompe el tonel al agregar un poco de agua por el tubo delgado, es la presión tan grande que ejerce el agua contenida en el tubo al irse llenando, pues, como ya vimos en la paradoja hidrostática de Stevin, la presión ejercida por un liquido a determinada profundidad solo depende de la altura del mismo y de su peso especifico, y no de la cantidad de liquido.
Cuando un cuerpo se sumerge en un líquido se observa que este ejerce una presión vertical ascendente sobre él.
El empuje que reciben los cuerpos al ser introducidos en un líquido fue estudiado por el griego Arquímedes (287- 212 A.C.), quien además se destaco por sus investigaciones realizadas sobre el uso de las palancas, la geometría plana y del espacio, y su teoría sobre los números
Principio de Arquímedes: todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendiente igual al peso del fluido desalojado.
En un cuerpo totalmente sumergido en un líquido, todos los puntos de su superficie reciben una presión hidrostática, que es mayor conforme aumenta la profundidad de un punto.
De acuerdo con la magnitud de estas dos fuerzas tendremos los siguientes casos:
1.- Si el peso de un cuerpo es menor al empuje que recibe, flota porque desaloja menor cantidad de líquido que su volumen
2.- Si el peso del cuerpo es igual al empuje que recibe, permanecerá en equilibrio, es decir, sumergido dentro del líquido.
3.- Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje, se hunde, sufriendo una disminución aparente de peso.
Para que un cuerpo flote en cualquier fluido, su densidad promedio debe ser menor a la del fluido.
El empuje que recibe un cuerpo sumergido en un liquido se determina multiplicando el peso especifico del liquido por el volumen desalojado de este.
Algunas aplicaciones del principio de Arquímedes son flotación de barcos, submarinos, salvavidas, densímetros o en los flotadores de las cajas de los inodoros.
1.-Estudia los liquidos en reposo
2.-Resistencia presentada por un liquido a fluir libremente
3.- Fenomeno que se debe a la atraccion de las moleculas solo en la superficie libre de un liquido
4.- Fuerza que mantiene unidas a las moleculas de una misma sustancia
5.- Fuerza que mantiene unidas a las moleculas de dos sustancias diferentes
6.- Se presenta cuando existe contacto entre un liquido y la pared solida de tubos muy delgados
7.-Es la cantidad de masa contenida en la unidad de volumen
8.-Es el peso de un cuerpo dividido entre el volumen que ocupa
9.- Es la relacion entre una fuerza aplicada y el area sobre la cual actua
10.- Presion que ejerce todo liquido contenido en un recipiente sobre el fondo y las paredes del mismo
11.- La ejerce el peso de la atmosfera sobre todos los cuerpos que estan en contacto con ella
12.- Valor de la presion atmosferica a nivel del mar en el SI
13.- Presion que presenta un fluido encerradp dentro de un recipiente
14.- Enuncia que todo cuerpo sumergido en un fluido recibe un empuje ascendente igual al peso del fluido desalojado
15.- Enuncia que toda presion que se ejerce sobre un liquido encerrado en un recipiente se transmite con la misma intensidad a todos los puntos del liquido y las paredes del recipiente
Me ha gustado mucho el artículo, he visto muchas cosas de estas ya que son necesarias para la rehabilitacion de tuberias, me lo descargo si no te importa para hacer un test a nuestros empleados, gracias Luis
ResponderEliminar