Mecánica de fluidos y máquinas hidráulicas /
Claudio Mataix
- 2a. ed. ampl. y puesta al día
- México : Oxford University Press, 1982
- xxiii, 660 p. : il., fig., tablas ; 23 cm
Soluciones a los problemas impares Incluye lista de nomenclatura empleada Incluye índice alfabético
Bibliografía: p.641-648
1. INTRODUCCIÓN A LA MECÁNICA DE FLUIDOS 1.1. Objeto de la mecánica de fluidos 1.2. Aplicaciones de la mecánica de fluidos 1.2.1. Máquinas de fluido 1.2.2. Redes de distribución 1.2.3. Regulación de las máquinas 1.2.4. Transmisiones y controles hidráulicos y neumáticos 1.1.5. Acoplamiento y cambio de marchas continuo 1.3. Resumen histórico de la mecánica de fluidos 1.4. Sistemas de unidades. Dimensiones 1.5. El sistema internacional de unidades SI 1.6. Ecuación de dimensiones 1.7. Cambio de unidades 2. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 2.1. Introducción 2.2. Densidad específica o absoluta, peso específico y densidad relativa 2.2.1. Densidad específica o absoluta 2.2.2. Peso específico 2.2.3. Densidad relativa 2.2.4. Volumen específico 2.3. Compresibilidad 2.4. Viscosidad 2.4.1. Viscosidad dinámica 2.4.2. Viscosidad cinemática 2.4.3. Unidades no coherentes de la viscosidad 2.5. Tensión superficial 2.6. Tensión de vapor 2.7. Fluido ideal 3. PRESIÓN 3.1. Definición y propiedades 3.2. Unidades de presión 3.3. Presión atmosférica 3.4. Presión absoluta y presión excedente o relativa HIDROSTÁTICA 4. HIDROSTÁTICA 4.1. Ecuación fundamental de la hidrostática del fluido incompresible 4.2. Gráfico de presiones 4.3. Instrumentación de medida de presiones 4.3.1. Tubos piezométricos 4.3.2. Manómetros de líquido 4.3.2.1. Barómetro de cubeta 4.3.2.2. Barómetro en U 4.3.2.3. Manómetro en U de líquido para presiones relativas 4.3.2.4. Vacuómetro en U de líquido para presiones absolutas 4.3.2.5. Manómetro y vacuómetro de cubeta 4.3.2.6. Manómetro diferencial 4.3.2.7. Piezómetro diferencial 4.3.2.8. Micromanómetro de tubo inclinado 4.3.2.9. Multimanómetros 4.3.2.10. Manómetro diferencial tórico 4.3.3. Manómetros elásticos 4.3.3.1. Manómetro de tubo de Bourdon para presiones absolutas 4.3.3.2. Manómetro de tubo de Bourdon para presiones relativas 4.3.3 3. Manómetro de membrana 4.3.3.4. Manómetro diferencial combinado de diafragma y resorte 4.3.3.5 Manómetro de fuelle metálico 4.3.4. Manómetro de émbolo 4.3.4.1. Manómetro de émbolo como tarador de manómetros 4 3.4.2. Manómetro de émbolo y resorte 4.3.5. Transductores de presión eléctricos 4.3.5.1. Transductores de resistencia 4.3.5.2. Transductores de capacidad 4.3 5.3. Transductores de inducción 4.3.5.4. Transductores piezoeléctricos 4.3.5.5. Transductores potenciométricos 4.3.5.6. Transductores de bandas extensométricas 4.4. Presión hidrostática sobre una superficie plana sumergida 4.5. Presión hidrostática sobre una superficie curva cilíndrica sumergida 4.6. Principio de Arquímedes. Flotación 4.6.1. Equilibrio de los cuerpos totalmente sumergidos (submarino, dirigible) 4.6.2. Equilibrio de los cuerpos parcialmente sumergidos (barco) 4.7. Equilibrio relativo de los líquidos 4.7.1. Recipiente con aceleración lineal constante 4.7.2. Recipiente girando a w(omega) = C HIDRODINÁMICA 5. ECUACIÓN FUNDAMENTAL DE LA HIDRODINÁMICA O ECUACIÓN DE BERNOULLI 5.1. Regímenes de corriente. Línea, hilo y tubo de corriente 5.2. Definición de caudal 5.3. Ecuación de continuidad 5.3.1. Ecuación de continuidad para un hilo de corriente 5.3.2. Ecuación de continuidad del fluido incompresible para un tubo de corriente 5.4. Fuerzas que actúan sobre un fluido 5.5. Ecuaciones diferenciales del movimiento de un fluido ideal, o ecuaciones diferenciales de Euler 5.5.1. Componentes de la aceleración en un punto 5.5.2. Ecuaciones de Euler 5.6. Ecuación de Bernoulli para el fluido ideal: primera deducción por integración de las ecuaciones de Euler según una línea de corriente 5.7. Clasificación de las energías de un fluido incompresible 5.7.1. Energía potencial geodésica 5.7.2. Energía de presión 5.7.3. Energía cinética 5.8. Ecuación de Bernoulli para el fluido ideal: segunda deducción, energética 5.8.1. Deducción energética de la ecuación de Bernoulli para un hilo de corriente en régimen permanente 5.8.2. La ecuación de Bernoulli generalizada para un tubo de corriente 5.9. La ecuación de Bernoulli y el primer principio de la termodinámica 5.10. Las energías específicas y la ecuación de Bernoulli expresadas en alturas equivalentes 5.11. Ecuaciones diferenciales del movimiento de un fluido real, o ecuaciones de Navier-Stokes 5.12. Ecuación de Bernoulli para el fluido real 5.13. Ecuación de Bernoulli generalizada 5.14. Gráfico de alturas 5.15. Ecuación de Bernoulli para un gas incompresible 6. ALGUNAS APLICACIONES DE LA ECUACIÓN DE BERNOULLI. INSTRUMENTACIÓN DE MEDIDA DE VELOCIDAD. INSTRUMENTACIÓN DE MEDIDA DE CAUDAL EN FLUJO CERRADO 6.1. Introducción 6.2. Salida por un orificio: Ecuación de Torricelli 6.3. Tubo de Pitot 6.4. Instrumentación de medida de velocidades 6.4.1. Teoría del tubo de Prandtl 6.4.2. Tipos diversos de tubos de Prandtl 6.4.3. Anemómetros 6.4.3.1. Anemómetro de eje vertical 6.4.3.2. Anemómetro de eje horizontal 6.4.4. Molinete hidráulico 6.4.5. Anemómetro de hilo caliente 6.5. El sifón 6.6. El eyector 6.7. Instrumentación de medición de volúmenes 6.8. Instrumentación de medición de caudales 6.8.1. Caudalímetros de flujo cerrado 6.8.1.1. Caudalímetros de área de paso constante 6.8.1.1.1. Tubo de Venturi 6.8.1.1.2. Toberas de medida 6.8.1.1.3. Diafragmas 6.8.1.1.4. Otros elementos deprimógenos 6.8.1.1.5. Manómetros diferenciales de raíz cuadrada 6.8.1.2. Caudalímetros de área de paso variable 6.8.1.3. Caudalímetros electromagnéticos 6.8.1.4. Caudalímetros de ultrasonido 7. LA EXPERIMENTACIÓN EN MECÁNICA DE FLUIDOS 7.1. Introducción 7.2. Semejanza de modelos 7.3. Teoría de modelos 7.4. Semejanza dinámica y gradiente de presiones: número de Euler 7.5. Semejanza dinámica con predominio de la gravedad: número de Froude 7.6. Semejanza dinámica con predominio de la viscosidad: número de Reynolds 7.7. Semejanza dinámica con predominio de la elasticidad: número de Mach 7.8. Semejanza dinámica con predominio de la tensión superficial: número de Weber 8. RESISTENCIA DE LOS FLUIDOS EN GENERAL 8.1. Introducción 8.2. Paradoja de d´Alembert 8.3. Capa límite: resistencia de superficie 8.4. Régimen laminar y turbulento 8.5. Capa límite laminar y turbulenta 8.6. El número de Reynolds: parámetro adimensional de resistencia 8.7. Número crítico de Reynolds 8.8. Desprendimiento de la capa límite: resistencia de forma 8.9. Resistencia de forma: contornos romos y contornos bien fuselados 8.10. La energía perdida por la resistencia se transforma en energía térmica 9. RESISTENCIA DE SUPERFICIE: PERDIDAS PRIMARIAS EN CONDUCTOS CERRADOS O TUBERÍAS 9.1. Introducción 9.2. Pérdidas primarias y secundarias en las tuberías 9.3. Ecuación general de las pérdidas primarias: ecuación de Darcy-Weisbach 9.4. Cálculo del coeficiente de pérdidas primarias A(lambda) 9.4.1. Cálculo de A(lambda) en régimen laminar (tuberías lisas y rugosas): fórmula de Poiseuille 9.4.2. Cálculo de A(lambda) en régimen turbulento y tuberías lisas: para 2.000 < R < 100.000: fórmula de Blasius 9.4.3. Cálculo de A(lambda) en régimen turbulento y tuberías lisas: para Re > 100.000: fórmula primera de Kármán-Prandtl 9.4.4. Cálculo de A(lambda) en régimen turbulento y tuberías rugosas 9.4.4.1. Tuberías de rugosidad artificial: trabajos de Nikuradse 9.4.4.2. Tuberías comerciales o de rugosidad natural: fórmula de Colebroock-White y fórmula segunda de Kármán-Prandtl 9.5. Diagrama de Moody 9.6. Diámetro de tubería más económico 10. RESISTENCIA DE SUPERFICIE: PERDIDAS PRIMARIAS EN CONDUCTOS ABIERTOS O CANALES 10.1. Introducción 10.2. Radio hidráulico 10.3. Velocidad en un canal con movimiento uniforme Primera fórmula: fórmula de Chézy 10.4. Coeficiente C de la fórmula de Chézy Primera fórmula: fórmula de Bazin 10.5. Coeficiente C de la fórmula de Chézy Segunda fórmula: fórmula de Kutter 10.6. Velocidad en un canal con movimiento uniforme Segunda fórmula: fórmula de Manning 10.7. Problemas de canales con movimiento uniforme 11. RESISTENCIA DE FORMA: PERDIDAS SECUNDARIAS EN CONDUCTOS CERRADOS O TUBERÍAS 11.1. Introducción 11.2. Primer método: Ecuación fundamental de las pérdidas secundarias 11.3. El coeficiente l(xi) de la ecuación fundamental de pérdidas secundarias 11.3.1. Salida brusca y suave de un depósito 11.3.2. Ensanchamientos bruscos y suaves 11.3.3. Contracciones bruscas y suaves 11.3.4. Tes 11.3.5. Codos 11.3.6. Válvulas 11.3.6.1. Válvulas de compuerta 11.3.6.2. Válvula de mariposa 11.3.6.3. Válvula de macho 11.3.6.4. Válvula de retención de charnela 11.3.6.5. Válvula de pie con alcachofa 11.3.6.6. Otras válvulas 11.4. Coeficiente total de pérdidas, l(xi) 11.5. Segundo método: longitud de tubería equivalente 11.6. Gráfico de la ecuación de Bernoulli con pérdidas 12. REDES DE DISTRIBUCIÓN 12.1. Introducción 12.2. Tuberías en serie 12.3. Tuberías en paralelo 12.4. Tuberías ramificadas 12.5. Redes de tuberías 13. RESISTENCIA DE SUPERFICIE Y DE FORMA EN UN CUERPO QUE SE MUEVE EN UN FLUIDO: NAVEGACIÓN AÉREA Y MARÍTIMA 13.1. Introducción 13.2. Ideas generales sobre la resistencia de un cuerpo que se mueve en un fluido 13.3. Fórmula general de resistencia y coeficiente adimensional de arrastre 13.4. Resistencia de los barcos 14. ORIFICIOS, TUBOS, TOBERAS Y VERTEDEROS. INSTRUMENTACIÓN DE MEDIDA DE CAUDALES EN FLUJO LIBRE Y DE NIVEL 14.1. Introducción 14.2. Orificios, tubos y toberas 14.2.1. Fórmulas 14.2.2. Aplicaciones 14.2.2.1. Control de flujo 14.2.2.2. Medición de caudales 14.3. Desagüe por una compuerta de fondo 14.4. Régimen variable: tiempo de desagüe de un depósito 14.5. Vertederos 14.5.1. Tipos de vertederos 14.5.1.1. Vertederos de pared delgada 14.5.1.2. Vertederos de pared gruesa 14.5.2. Fórmulas de los vertederos de pared delgada 14.5.2.1. Vertedero rectangular 14.5.2.2. Vertedero triangular 14.5.2.3. Otros vertederos 14.6. Canal de Venturi 14.7. Otros procedimientos para medir el caudal en flujo libre 14.8. Instrumentación de medida de nivel 14.8.1. Medición directa 14.8.2. Medición hidráulica y neumática 14.8.3. Medición eléctrica 14.8.4. Medición por ultrasonido 14.8.5. Medición por radiaciones gamma 15. SOBREPRESIONES Y DEPRESIONES PELIGROSAS EN ESTRUCTURAS Y MÁQUINAS HIDRÁULICAS: GOLPE DE ARIETE Y CAVITACIÓN 15.1. Golpe de ariete 15.1.1. Introducción 15.1.2. Explicación del fenómeno 15.1.3. Fórmulas de la presión máxima o sobrepresión 15.1.3.1. Presión máxima en cierre total o parcial instantáneo de la válvula en una tubería elástica 15.1.3.2. Presión máxima en cierre lento uniforme total de una válvula en una tubería rígida 15.2. Cavitación 15.2.1. La depresión, causa de la cavitación 15.2.2. Descripción de la cavitación 15.2.3. Control de la cavitación 16. TEOREMA DEL IMPULSO EN MECÁNICA DE FLUIDOS 16.1. Introducción 16.2. Deducción del teorema del impulso o de la cantidad de movimiento 16.3. Aplicaciones 16.3.1. Fuerza sobre un codo 16.3.2. Fuerza sobre un álabe y potencia de una turbina de acción 16.3.3. Propulsión a chorro 17. EMPUJE ASCENSIONAL 17.1. Introducción 17.2. Empuje ascensional en un cilindro circular 17.2.1. Cilindro circular en corriente ideal, irrotacional y uniforme 17.2.2. Cilindro circular en corriente irrotacional y uniforme de un fluido ideal con circulación: fórmula del empuje ascensional 17.2.3. Cilindro circular en corriente real uniforme 17.3. Empuje ascensional en un perfil de ala de avión: fórmula de Kutta-Joukowski 17.4. Empuje ascensional y propulsión por hélice: rendimiento de la propulsión MÁQUINAS HIDRÁULICAS 18. TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS: GENERALIDADES 18.1. Definición de máquina hidráulica 18.2. Clasificación de las máquinas hidráulicas 18.3. Ecuación fundamental de las turbomáquinas o ecuación de Euler: primera forma 18.3.1. Planos de representación de una turbomáquina 18.3.2. Deducción de la ecuación de Euler 18.4. Triángulos de velocidades: notación internacional 18.5. Segunda forma de la ecuación de Euler 18.6. Grado de reacción 18.7. Clasificación de las turbomáquinas según la dirección del flujo en el rodete 19. TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS: BOMBAS ROTODINÁMICAS 19.1. Definición y clasificación de las bombas 19.2. Clasificación de las bombas rotodinámicas 19.3. Elementos constitutivos 19.4. ¿Dónde empieza y dónde termina la máquina?: Secciones de entrada E y de salida S 19.5. Tipos constructivos 19.6. El rodete: clasificación de las bombas por el número específico de revoluciones 19.7. El sistema difusor 19.8. Cebado de la bomba 19.9. Instalación de una bomba 19.10. Altura útil o efectiva de una bomba 19.10.1. Primera expresión de la altura útil y de la energía útil 19.10.2. Segunda expresión de la altura útil y de la energía útil 19.11. Pérdidas, potencias y rendimientos 19.11.1. Pérdidas 19.11.1.1. Pérdidas hidráulicas 19.11.1.2. Pérdidas volumétricas 19.11.1.3. Pérdidas mecánicas 19.11.2. Potencias y rendimientos 19.12. Cavitación y golpe de ariete de una bomba 19.12.1. Cavitación 19.12.2. Golpe de ariete 19.13. Algunas tendencias actuales en la construcción de las bombas rotodinámicas 20. TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS: VENTILADORES 20.1. Definición de los ventiladores 20.2. Clasificación de los ventiladores 20.2.1. Clasificación según la presión total desarrollada 20.2.2. Clasificación según la dirección del flujo 20.3. Influjo de la variación de la densidad del gas en el comportamiento de los ventiladores 20.4. Fórmulas de los ventiladores 21. CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 21.1. Saltos naturales: potencial hidroeléctrico 21.2. Explotación de los saltos naturales: caudal instalado 21.3. Centrales hidroeléctricas 21.4. Clasificación de las centrales 21.4.1. Según el tipo de embalse 21.4.2. Según la potencia 21.4.3. Según la altura del salto 21.4.4. Según la economía de la explotación 21.4.5. Según el lugar de instalación 22. TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS: TURBINAS 22.1. Definición 22.2. Elementos constitutivos 22.3. Clasificación de las turbinas hidráulicas 22.3.1. Clasificación según el grado de reacción 22.3.2. Tipos actuales 22.3.3. Clasificación según el número específico de revoluciones 22.4 Turbinas de acción: turbinas Pelton 22.4.1. Descripción 22.4.2. Triángulos de velocidad 22.4.3. Clasificación de las turbinas Pelton según el número específico de revoluciones 22.5. Turbinas de reacción: turbinas Francis y Hélice 22.5.1. Descripción 22.5.2. Clasificación de las turbinas de reacción según el número específico de revoluciones 22.6. Turbinas de reacción: turbinas Kaplan y Dériaz 22.6.1. Orientación de los álabes 22.6.2. Descripción de una central con turbinas Kaplan 22.7. Algunas tendencias actuales en la construcción de las turbinas hidráulicas 22.8. Altura neta 22.8.1. Normas internacionales para la determinación de la altura neta 22.8.2. Primera expresión de la altura neta y de la energía neta 22.8.3 Segunda expresión de la altura neta y de la energía neta 22.9. Pérdidas, potencias y rendimientos 22.10. Ecuación del tubo de aspiración 22.11. Cavitación y golpe de ariete de una turbina 22.11.1. Cavitación 22.11.2. Golpe de ariete de una turbina: pantalla deflectora, orificio compensador y chimenea de equilibrio 23. OTRAS FUENTES DE ENERGÍA: ENERGÍA EÓLICA, ENERGÍA MAREOMOTRIZ Y ENERGÍA DE LAS OLAS 23.1. Energía eólica 23.2. Centrales mareomotrices y grupos bulbo 23.3. Energía de las olas 24. TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS: TRANSMISIONES HIDRODINÁMICAS 24.1. Introducción 24.2. Acoplamiento hidrodinámico 24.3. Convertidor de par hidrodinámico 25. TURBOMÁQUINAS HIDRÁULICAS: LEYES DE SEMEJANZA Y CURVAS CARACTERÍSTICAS 25.1. Introducción 25.2. Las seis leyes de semejanza de las bombas hidráulicas 25.3. Las seis leyes de semejanza de las turbinas hidráulicas 25.4. Las once leyes de semejanza de los ventiladores 25.5. Curvas características de las turbomáquinas hidráulicas 25.5.1. Curvas características de las bombas rotodinámicas y ventiladores 25.5.1.1. Ensayo elemental de una bomba 25.5.1.2. Ensayo completo de una bomba 25.5.2. Curvas características de las turbinas hidráulicas 25.6. Bancos de ensayo 26. MÁQUINAS HIDRÁULICAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO: BOMBAS DE ÉMBOLO 26.1. Introducción 26.2. Principio del desplazamiento positivo 26.3. Clasificación de las máquinas de desplazamiento positivo 26.4. Bombas de émbolo 26.4.1. Comparación de las bombas rotodinámicas y las bombas de émbolo 26.4.2. Caudal teórico, caudal real y caudal instantáneo 26.4.3. Potencia indicada y potencia útil: diagrama del indicador 26.4.4. Tipos diversos de bombas de émbolo 27. MÁQUINAS HIDRÁULICAS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO: MÁQUINAS ROTOESTÁTICAS 27.1. Clasificación 27.2. Descripción 27.3. Teoría 27.3.1. Teoría de la bomba o motor de paletas deslizantes 27.3.2. Teoría de la bomba o motor de engranajes 28. TRANSMISIONES Y CONTROLES HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS 28.1. Introducción 28.2. Principio de Pascal 28.3. Breve historia desde el principio de Pascal a las transmisiones y controles hidráulicos modernos 28.4. Evolución del esquema básico de Pascal al esquema de una transmisión hidráulica moderna 28.5. Comparación entre las transmisiones hidráulicas y mecánicas 28.6. Comparación entre las transmisiones hidráulicas y eléctricas 28.7. Aplicaciones 28.8. Válvulas hidráulicas 28.8.1. Válvulas de control de presión 28.8.1.1. Válvulas de seguridad 28.8.1.2. Válvulas reductoras de presión 28.8.1.3. Válvulas de secuencia 28.8.2. Válvulas de control de flujo 28.8.3. Válvulas de control de dirección 28.9. Símbolos 28.10. Circuitos 28.11. Automatismo 28.12. Servomecanismos hidráulicos 29. REGULACIÓN DE LAS TURBINAS HIDRÁULICAS 29.1. Introducción 29.2. Regulación taquimétrica 29.3. Regulación directa 29.4. Regulación indirecta con amplificación sin retroalimentación 29.5. Regulación indirecta con amplificación y retroalimentación: servomecanismo de regulación 29.6. Regulación de una turbina de acción 29.7. Regulación de una turbina de reacción APÉNDICES 1. Tablas de conversión de unidades del ST al SI y viceversa 2. Prefijos en el sistema internacional SI 3. Tablas de conversión de los sistemas métricos (SI y ST) al sistema anglosajón y viceversa 4. Densidad de algunos líquidos en función de la temperatura 5. Viscosidad dinámica de algunas sustancias en función de la temperatura 6. Viscosidad cinemática del vapor de agua en función de la temperatura 7. Viscosidad cinemática de algunos aceites en función de la temperatura 8. Viscosidad dinámica y cinemática de algunos gases a 1,01325 bar y 0 °C 9. Viscosidad cinemática de algunos gases en función de la temperatura 10. Tablas de conversión de unidades °E y segundos Redwood y Saybolt al SI 11. Curvas de saturación de algunas sustancias 12. Medida de caudales con diafragmas, toberas y tubos de Venturi normalizados 13. Solución de los problemas impares 14. Diagrama de Moody para hallar el coeficiente de pérdidas de carga A(lambda) en tuberías
9789701510575
MECANICA DE FLUIDOS HIDROSTATICA HIDRODINAMICA HIDRAULICA TUBERIAS TURBOMAQUINARIA CENTRALES HIDROELECTRICAS