Aplicación DE Mecánica DE Fluidos EN Ingeniería Civil PDF

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APLICACION DE MECANICA DE FLUIDOS EN INGENIERIA EN INGENIERÍACIVILÍNDICE:I INTRODUCCIONII MECÁNICA DE FLUIDOS.2 DEFINICIÓN2 EVOLUCIÓN HISTÓRICA.2 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS2.3 PROPIEDADES PRIMARIAS2.3 PROPIEDADES SECUNDARIAS2 DEL ESTUDIO DE LA MECANICA DE FLUIDOS2 INGENIERÍA DE MECANICA FLUIDOS PUED...

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APLICACION DE MECANICA DE FLUIDOS EN INGENIERIA EN INGENIERÍA CIVIL ÍNDICE: I

INTRODUCCION

II

MECÁNICA DE FLUIDOS. 2.1 DEFINICIÓN 2.2 EVOLUCIÓN HISTÓRICA. 2.3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 2.3.1 PROPIEDADES PRIMARIAS 2.3.2 PROPIEDADES SECUNDARIAS 2.4IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA MECANICA DE FLUIDOS 2.5LA INGENIERÍA DE MECANICA FLUIDOS PUEDE DIVIDIRSE, PRINCIPALMENTE 2.6APLICACIONES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS EN INGENIERIA CIVIL 2.6.1 LA HIDRÁULICA

III OBRAS HIDRÁULICAS 3.1)CANAL DE CASTILLAS 3.2)EL MAESLANTKERING 3.3)El OOSTERSCHELDEDAM 3.4)PROYECTO HIDROELÉCTRICO TOACHI PILATÓN 3.5)LA CENTRAL MAZAR IV V

CONCLUSION BIBLIOGRAFIA

I INTRODUCCION

Se puede definir a la mecánica de los fluidos como la rama de la física que se encarga de estudiar las características de estudiar los fluidos (gases o líquidos) Y los medios en que se transportan. El principal interés en esta investigación es dar a conocer la historia de la mecánica de los fluidos. Veremos la historia de la mecánica de los fluidos, vista desde un ángulo cronológico a lo largo de los tiempos, Como ha surgido gracias a las aportaciones de diversos científicos. Desde los primeros intentos para llevar agua de un lugar a otro sin emplear recipientes, el hombre se interesó en la mecánica de los fluidos. Sin embargo, por siglos sus conocimientos los obtuvo basándose en observaciones, tediosos tanteos y empirismos, con soluciones muy restringidas. En el curso del milenio comenzando por Arquímedes, la mecánica de los fluidos retrocedió en lugar de avanzar. Aunque los romanos desarrollaron grandes suministros de agua y sistemas de desagüe, los molinos de viento y ruedas de agua aparecían en la escena en los números crecientes, éstos representaron el arte en lugar de la ciencia. Paradójicamente, aunque Aristóteles enseñó que ese conocimiento debe progresar, sus enseñanzas vinieron ser cristalizadas Las publicaciones acerca de Leonardo como artista, científico, ingeniero hidráulico y “mecánico flui dista” en orden exponencial. Es realmente sorprendente porque fue en el área de la mecánica de fluidos donde se encontraron escritos profundos y de mucha originalidad, aquí podemos ver algunos estudios que adelanto en el campo de los fluidos. En sus comienzos se interesó por el flujo que corre a través de los cuerpos, su forma y tipos. Otros experimentos que fueron de gran representación fueron los de vasos comunicantes en los cuales trabajo mucho las densidades de distintos líquidos, de allí fue llevado a los descubrimientos del principio de continuidad, II MECÁNICA DE FLUIDOS. 2.1 DEFINICIÓN La mecánica de fluidos es una rama de la mecánica de los medios continuos, y esta a su vez es una rama de la física que estudia el movimiento de los fluidos y las fuerzas que los provocan; los fluidos se dividen en Gases y líquidos, estos tienen una característica similar y es que son incapaces de resistir esfuerzos cortantes, y esto provoca que no tengan una forma definida La Mecánica de Fluidos es la disciplina científica que se ocupa de la interacción de los fluidos con su entorno, así como de las aplicaciones de ingeniería que utilizan fluidos. La Mecánica de Fluidos es fundamental en todos los campos de la ingeniería: industrial, aeronáutica, naval, química, civil,..., así como en disciplinas científicas: oceanografía, meteorología, acústica, Básicamente la Mecánica de Fluidos puede dividirse en: la estática de fluidos, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento. El término de

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hidrodinámica o hidráulica se aplica al flujo de líquidos. El término aerodinámica se ocupa del comportamiento de los gases. Los gases y los líquidos están clasificados como fluidos, y existe una gran gama de aplicaciones ingenieriles como, piscinas, canales, presas, obras de alcantarillado y agua potable, incluso los fluidos sanguíneos, entre otras muchas aplicaciones 2.2 EVOLUCIÓN HISTÓRICA. En lo que es la historia de la Mecánica de Fluidos, tiene sus orígenes en la hidráulica, tanto en Mesopotamia como en Egipto alrededor del año 400 a.C. proliferaron las obras hidráulicas que aseguraban el regadío. Posteriormente, los imperios griegos, chino y especialmente, el romano se caracteriza por una gran profusión de obras hidráulica. A lo largo de la historia aparecieron más inventos e investigadores que aportan mejoras importantes en el campo que hoy se denomina Mecánica de fluidos. Al final de siglo XIX comienza la unificación entre hidráulicos e hidrodinámicos. La Mecánica de Fluidos moderna nace con Pascal, que en las primeras décadas del XX se elaboró la síntesis entre la hidráulica práctica y la hidrodinámica teórica. El interés por la Mecánica de Fluidos se remonta a las aplicaciones más antiguas de los fluidos en ingeniería. El matemático y filósofo griego ARQUÍMEDES realizó una de las primeras contribuciones con la invención del “tornillo sin fin” que se le atribuye tradicionalmente. Los romanos desarrollaron otras máquinas y mecanismos hidráulicos; no sólo empleaban el tornillo de Arquímedes para trasegar agua en agricultura y minería, sino que construyeron extensos sistemas de conducción de agua, los acueductos. Durante el siglo I a. C., el ingeniero y arquitecto VITRUBIO inventó la rueda hidráulica horizontal, que revolucionó la técnica de moler grano. Después de Arquímedes pasaron más de 1600 años antes de que se produjera el siguiente avance científico significativo, debido al gran genio italiano LEONARDO DA VINCI, que aportó la primera ecuación de la conservación de masa, o ecuación de continuidad y desarrolló múltiples sistemas y mecanismos hidráulicos y aerodinámicos. Lista de los principales hombres cuyos trabajos contribuyeron al desarrollo de la ciencia de la Mecánica de Fluidos conocemos Nombres de los científicos (año)

aportaciones

Arquímedes (287-212 a.C.) Leonardo da Vinci (1452-1519) Torricelli (1608-1647)

Leyes de la Flotación Ecuación de Continuidad. Salida por un orificio. Relación entre la altura y la presión atmosférica.

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Pascal Newton Bernoulli Euler

D’Alembert Lagrange ( Venturi

(1623-1662) (1642-1726) (1700-1782 (1707-1783)

Ley de Pascal Ley de viscosidad dinámica Teorema de Bernoulli. Ecuaciones diferenciales del movimiento del fluido ideal; formulación del teorema de Bernoulli; Teorema fundamental de las turbo máquinas.

(1717-1783) 1736-1813) (1746-1822)

Ecuación diferencial de continuidad Función potencial y función de corriente Flujo en embocaduras y contracciones; Medidor de Venturi. ) Resistencia en tubos capilares: Ecuación de Poiseville Fórmula de resistencia en tuberías Ley de semejanza de Froude Ecuaciones diferenciales de NavierStokes del movimiento de los fluidos viscosos.

Poiseuille (1799-1869) Weisbach (1806-1871) Froude (1810-1879) Navier (1785-1836) y Stokes (1819-1903

Reynolds (1842-1912)

Número de Reynolds; Distinción entre flujo laminar y turbulento.

Rayleigh (1842-1919) Joukowski (1847-1921)

) Propuso la técnica del análisis dimensional. Estudios del golpe de ariete; perfiles aerodinámicos de Joukowski.  Teoría de la capa límite. Fundador de la moderna mecánica de fluidos.

Prandtl (1875-1953)

2.3 PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS Existen dos tipos de propiedades en los fluidos secundarias:

que pueden ser primarias y

2.3.1 PROPIEDADES PRIMARIAS Propiedades primarias o termodinámicas:  Presión  Densidad  Temperatura  Energía interna  Entalpia  Entropía  Calores específicos  Viscosidad 2.3.2 PROPIEDADES SECUNDARIAS  Caracterizan el comportamiento específico de los fluidos.

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  

Viscosidad Conductividad térmica Tensión Superficial

2.4 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA MECANICA DE FLUIDOS El estudio de la mecánica de fluidos puede ayudarnos tanto para comprender la complejidad del medio natural, como para mejorar el mundo que hemos creado. Si bien la mecánica de fluidos está siempre presente en nuestra vida cotidiana, lo que nos falta conocer es como se expresa esta información en términos cuantitativos, o la manera en que se diseñan sistemas con base en este conocimiento, mismos que se utilizaran para otros fines. . Hoy en día el diseño de virtualmente todos los medios de transporte requiere la aplicación de la mecánica de fluidos. Entre estos se incluyen tanto los aviones como maquinas terrestres, barcos, submarinos y típicamente automóviles. El diseño de sistemas de propulsión para vuelos especiales y cohetes está basado en los principios de la mecánica de fluidos. Para determinar las fuerzas aerodinámicas y estudiar el flujo alrededor de edificios, puentes y otras estructuras complejas. El diseño de turbo maquinarias como bombas, hélices y turbinas de todo tipo requieren claramente de conocimientos de mecánica de fluidos. La lubricación es también un área de aplicaciones importantes. Los sistemas de calefacción y de ventilación, tanto de viviendas e industrias como de construcciones subterráneas, túneles y otros, así como el diseño de sistemas de cañerías son ejemplos en los cuales las técnicas de diseño están basadas en la mecánica de fluidos. Incluso el sistema de circulación del cuerpo humano es un sistema fluido; de ahí que se da el diseño de corazones artificiales, máquinas de diálisis, ayudas respiratorias y otros aparatos de este tipo estén basados en los principios de la mecánica de fluidos. Esto ha dado origen a la aerodinámica y la hidráulica dos ramas importantes de la mecánica de fluidos. 2.5 LA INGENIERÍA DE DIVIDIRSE, PRINCIPALMENTE,

MECANICA FLUIDOS

PUEDE

En los siguientes campos de aplicación:      

Hidráulica Hidro Meteorología Hidráulica Industrial Máquinas Hidráulicas Máquinas Térmicas Aerodinámica Aplicada

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2.6 APLICACIONES DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS EN INGENIERÍA CIVIL La aplicación de la mecánica de fluidos está íntimamente relacionada con la hidráulica para el caso de la Ingeniería civil. Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua. También se aplica en los procesos de transporte de fluidos ya que proporciona el fundamento físico del transporte de masa, calor y cantidad de movimiento en el ambiente. Las relaciones constitutivas describen las propiedades macroscópicas del movimiento de un fluido. Por ejemplo, la Ley de Newton de viscosidad, y la ley de Fourier de la transferencia de calor Dichas aplicaciones van desde la distribución del agua tanto para el riego como para el consumo humano además de la disposición de los desechos, producción de energía eléctrica, disposición de transporte de fluidos que no solamente incluye en el agua sino también petróleo y gasolina. 2.6.1 LA HIDRÁULICA Este planea, diseña y construye soluciones de ingeniería a los problemas de los recursos hídricos superficiales, subterráneos y marítimos que emergen en el ambiente natural o en el aprovechamiento artificial de dichos recursos. Debido a que el agua se encuentra presente en casi todas las actividades desarrolladas por el hombre, es comprensible que la Hidráulica tenga muchas áreas de aplicación. Algunas de estas áreas son:  Estructuras Hidráulicas Diseño, construcción operación y mantenimiento de estructuras de toma, represamiento, conducción y medición.  Hidráulica Fluvial Estadio y control de procesos Fluviales, transporte de sedimentos, morfología de ríos, estabilidad de taludes, encauzamiento y protección de riberas.  Hidráulica Marítima Morfología y protección de costas. Estadio del oleaje, mareas, corrientes, sedimentación y contaminación. Diseño de rompeolas, puertos y estructuras en mar adentro.  Hidráulica Agrícola

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Irrigaciones, drenaje, pequeñas estructuras de riego, riego tecnificado.  Hidráulica Urbana Suministro de agua potable, drenaje Tratamiento de aguas residuales.

de aguas de lluvia y de aguas servidas.

 Hidráulica Subterránea Flotación, monitoreo y recarga de acuíferos. Intrusión marina y control de la contaminación. Además, existen otras áreas de aplicación donde se presentan los temas ecológico y ambiental, la construcción de modelos Físicos y numéricos, la medición de Flujos y el manejo de los recursos hídricos

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III OBRAS HIDRÁULICAS Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua. 3.1) CANAL DE CASTILLAS El Canal de Castilla es una de las obras hidráulicas más emblemáticas y ambiciosas que se han realizado en España. Casi un siglo se tardó en completar sus 207 kilómetros de longitud actuales, desde el año 1753 que se iniciaron las obras en Calahorra de Ribas hasta 1849 que se concluyeron en Medina de Rio seco. Su trazado en forma de “Y” invertida afecta a 36 municipios de las provincias castellanoleonesas de Burgos, Palencia y Valladolid, y está dividido en tres ramales: Ramal Norte, Ramal de Campos y Ramal Sur. El objetivo principal fue servir como vía fluvial de comunicación y transporte entre Castilla y el Cantábrico (Santiago Ibarlucea et al, 2005; Consorcio para la Gestión Turística del Canal de Castilla, 2007). Su trazado tiene 207 km. de longitud que transcurren en gran parte por la provincia de Palencia, adopta forma de “Y” invertida y está constituido por tres ramales: Norte, Campos y Sur (Santiago Ibarlucea et al, 2005; Santiago Ibarlucea, 2003). La construcción del Canal ocasionó la formación de pronunciados terraplenes a ambos lados del mismo, que favorecieron la acumulación del agua en las depresiones del terreno junto a sus márgenes y además se facilitó el estancamiento del agua por la presencia de un sustrato arcilloso impermeable, dando origen a las lagunas marginales

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3.2) EL MAESLANTKERING El Maeslantkering es la única barrera contra oleadas de tormenta en el mundo con tales piezas movibles grandes; ambas puertas de la barrera contra oleadas de tormenta miden 240 metros de largo. Bajo condiciones climatológicas normales las dos puertas se abren completamente escondiéndose adentro de un muelle junto al agua. Esto permite el paso de las naves al puerto de Rótterdam sin ninguna inconveniencia. En la marea de la tormenta las puertas de la barrera de la oleada de la tormenta se cierran. La forma redonda de las puertas asegura la resistencia a la fuerza del agua durante una tormenta. 10 de mayo de 1997 se dio la apertura oficial de la barrera contra la oleada de tormenta Nieuwe Waterweg en el de Hoek van Holland. Gracias a esta barrera contra la oleada de tormenta, un millón personas se protegen contra el mar.

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3.3) El OOSTERSCHELDEDAM El precio de una barrera era considerablemente más alto que el de una presa- costó 2.5 mil millones de Euros para terminar la barrera. El Oosterscheldekering fue el más difícil de construir y más caro parte de las obras del plan Delta. El trabajo en la propia presa, que se llevó a cabo por un consorcio de contratistas. . El área se inundó entonces, y una pequeña flota de barcos especiales de construcción levantado los pilares y las colocaron en sus posiciones finales. Cada pilar está entre 35 y 38,75 metros de altura y pesa 18000 toneladas. El Oosterscheldekering se refiere a veces como la Octava Maravilla del Mundo, y ha sido declarada una de las modernas Siete Maravillas del Mundo por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.

(Oosterscheldedam)

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3.4) PROYECTO HIDROELÉCTRICO TOACHI PILATÓN El Proyecto hidroeléctrico Toachi Pilatón es considerado como parte del desarrollo energético en razón de sus características energéticas, sus parámetros económicos y por estar ubicado en la vertiente de drenaje del Pacífico, que tiene un comportamiento hidrológico complementario con el de la vertiente del Amazonas, en donde actualmente se encuentran ubicadas la mayor parte de las principales centrales hidroeléctricas en operación: Pisayambo (73 MW), Agoyán (156MW), San Francisco (230 MW), Paute (1075 MW), así como Mazar (160 MW -por entrar en operación), Sopladora (487 MW -licitada su construcción-), Coca Codo Sinclair (1500 MW -por iniciarse su construcción), además de otras centrales en fase de estudios como son, Cardenillo (aguas abajo de Sopladora), Zamora.

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3.5) LA CENTRAL MAZAR La central Mazar inició su operación en el año 2010. La generación conjunta Mazar – Molino, considerando la regulación de caudales del río Paute, se estima en 6175GWh/año. La sustitución de la energía térmica, ahorra más de 100 millones de galones de combustible, en su mayoría diesel importado. El proyecto está constituido por una presa de enrocado con pantalla de hormigón que forma un embalse de 410 Hm3. El volumen muerto del embalse formado por la presa de Mazar de aproximadamente 101 Hm3, será capaz de alojar los sedimentos durante el período de 50 años de funcionamiento del proyecto. El nivel máximo normal de operación es de 2153 msnm, sin embargo en el caso de ocurrirla crecida máxima probable alcanzará la elevación 2163 msnm correspondiente al nivel de aguas máximo maximorum (523,40 Hm3). El nivel mínimo de operación es 2098 msnm correspondiente a un volumen del embalse de 101 Hm3, disponiéndose por lo tanto un volumen de regulación entre las cotas 2098 y 2153 de 309 Hm3. La capacidad instalada en la central hidroeléctrica es de 170 MW, en una casa de máquinas subterránea que aloja dos unidades tipo Francis de 85 MW de capacidad. El área de drenaje de la cuenca del río Paute hasta el sitio de la presa de Mazar es de 4338 Km2. La lluvia media anual de la cuenca es de aproximadamente 1000 mm. De manera similar, los meses de mayor caudal son de abril a septiembre y los de menor caudal de octubre a mayo

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V

CONCLUSION

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La Mecánica de Fluidos impartida desde la Disciplina Física en Ingeniería Civil, merece una atención limitada por su gran aplicación en la vida cotidiana y tecnológica.

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La Mecánica de fluidos es importante, para determinar las fuerzas aerodinámicas y estudiar el flujo alrededor de edificios, puentes y otras estructuras complejas.

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La aplicación de la mecánica de fluidos está íntimamente relacionada con la hidráulica para el caso de la Ingeniería civil. Se entiende por obra hidráulica o

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infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua VI BIBLIOGRAFÍA  www.unmsm.edu.pe/ogpl/reunión/OGPLFeb2013.pdf.  s.scribd.com/doc./98226661/Mecánica-de-Fluidos-Trabajo.  sisbib.unmsm.edu.pe/bibvirtualdata/publicaciones/consejo/.../a05.pdf.  www.slideshare.net/uvmvirtual/mecánica-de-fluidos.  mecanicadefluidosicp.blogspot.com/.  www.upb.edu.co › UPB-Bucaramanga › Pregrados Bucaramanga.

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