Conceptos Fundamentales de Hidráulica: Fluidos, Presión y Densidad

Conceptos Fundamentales de Hidráulica

Definiciones Básicas

• Hidráulica: Ciencia que se encarga del estudio del movimiento y equilibrio de los líquidos. Se basa en la hidrodinámica y la hidrostática.
• Gas: Es el estado de agregación de la materia en el cual, bajo ciertas condiciones de temperatura y presión, sus moléculas interaccionan solo débilmente entre sí, sin formar enlaces moleculares, adoptando la forma y el volumen del recipiente que las contiene.
• Masa: Es lo que resulta de suprimirle a un cuerpo el efecto de la gravedad. Su fórmula es m = w/g.
• Peso: Es el resultado de la acción de la gravedad en la materia. Es variable en todos los elementos. Su fórmula es w = m.g.
• Adhesión: Fuerza de atracción entre las moléculas de dos cuerpos de naturaleza distinta. Esto se explica cuando un líquido moja un sólido.
• Viscosidad: Resistencia de los líquidos a fluir.
• Cohesión: Fuerza que confiere a las moléculas de un cuerpo resistencia a la tensión. Esto se explica cuando el líquido no moja al sólido.
• Fluido: Sustancia que se desplaza, no tiene fuerza física, adopta la forma del recipiente.
• Capilaridad: Se debe a las fuerzas cohesivas entre las moléculas del líquido, como a las fuerzas adhesivas de las moléculas de un líquido. Se suele expresar como la altura de ascenso o de elevación.
• Tensión superficial: Es una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos. Se reduce cuando aumenta la temperatura.

Conceptos de Hidrostática y Presión

• Hidrostática: Parte de la física que estudia los líquidos en reposo.
• Presión: Es la fuerza que ejerce un fluido sobre el fondo o las paredes de un recipiente.
• Densidad: Se define como la masa por unidad de volumen.
• Densidad absoluta: Es el resultado de dividir la masa del elemento entre el volumen. Da = m/vol.
• Densidad relativa: Es el peso específico de alguna sustancia o fluido entre el peso específico del agua.
• Peso específico: Cociente obtenido al dividir el peso del fluido entre su volumen: Pe = W/Vol.
• Presión absoluta: Es la presión que existe en un punto, conjuntando todas las causas que están influyendo para producirla.
• Presión relativa: Es el resultado de restar la presión atmosférica de la presión absoluta.
• Presión hidrostática: Esta presión se debe a la profundidad.

Cálculos en Presas

Presa de Gravedad Rectangular

1. Calcular w del muro:
   • Pe = w/vol
   • w = Pe.vol
   • w = (2200 Kg/m³)(4.2)(4)(1)
   • w = 36960
2. Calcular la Ft:
   • P = 2/3 h.s
   • P = F/s
   • F = P.s
   • Ft = Pe 2/3 h.s
   • Ft = (1020 Kg/m³)(2/3)(3.6)(1)(3.6)
   • Ft = 8812.8
3. Determinar si existe fractura:
   • X = ft.h/(3)(w)
   • x = (8812.8 kg)(3.6 m)
   • x = 0.28612987
   • Condición: (B/2 + x) ≤ 2/3 B
   • 4.2/2 + 0.28612987 ≤ 2/3 * 4.2 m
   • 2.38612987 ≤ 2.8 No hay fractura.
4. Calcular CSV:
   • CSV = m_max/m_act = w.B/2 / Ft.h/3
   • CSV = (36960)(4.2/2) / (8812.8)(3.6/3)
   • CSV = 7.33932
5. Calcular CSD:
   • CSD = M_max/m_act = W.µ / Ft
   • CSD = (36960)(0.55) / 8812.8
   • CSD = 2.30664

Presa Trapezoidal

1. Ubicación en el trapecio:
   • M_rec = (sup_rec)(dist.e)
   • M_tri = (sup_tri)(dist.e)
   • M_trap = M_tri + M_rec
   • M_trap = (sup_trap)(dist.E)
   • Dist.E = M_trap/sup_trap