Mecánica de Fluidos y Maquinas Hidraulicas

668 Pages·57.158 MB·Spanish

by  Claudio Mataix

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MECA NI CA DE FLUIDOS
y MAQUINAS HIDRAULICAS
SEGUNDA EDlCION
(Ampliada y pu('.t/Q uf dio, '''I'Úuda y n'dactada d SI)
f'lI
CLAUDIO MATAIX
Doctor ell Ciencias Fisicas, Ingeniero .'vIastt·'
Profesor de Mecanica (le Fluidos y Turbomáquinas
en la Escuela Técnica Superior de Ingenieros
del I.CA./.
Int}¡wrial('.~
OXFORD
i1.
Alfaomega
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MECÁNICA O[ fLUIDOS Y MÁQUINAS IIIDRÁVLlCAS
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de esta coedició" rrofiUld" cm", ();r;fnnf U"úwsilY Pren M¿<it:o. S.A. de C. V
c."
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ISBN 970·15.1057-7
Alfaomega Grupo Editor. S.A. de C.V.
Pitágo,as 1139. Col. !XI Valle:. 031 OO. Mex,co. D F.
Impreso en Mexieo
r>ec1ln()("uarta ,timprcsióo: junio de 2006
Efta obra se !<m~oo de ,"",rimi, en junio de 2006 en
1.;lOIr;1r",. Co ..... S.A. de e.v ..
C.lzada Tlatileo NiIm. 78. Col. Tl¡fileo. 02860. México. D.f..
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sobre papol Bond Alta Opacidad de 7S B-
!!It,raJe f\lt de 2.000 ~Jell1'la ....
A los allmrnos de las Escuelas Técnicas de
Ing('niero.~
dl'I I.C.A.I .. que escucharon de ('ira roz es/as ft'cciones.
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Pr.,.". de la dMrll¡ nJlI"V"'U"ri: Ralle('; lQnguud ~OO m~lrQS. Hay ,n'l~ladQS 24 ):r"I'''' ""11,,,.,
CQn una polenc,a lQtal de 240 MW. In.talar,nn un,ea \!1l el mundo en el momentv ~<·t,,~1 "('~ntra·
le. mar«>mome~ en el fuulTo de 5.000 MW Igolfo de Mc~enakl Q ,nclu,"" "" 35.000 MW Igolfo
de PcnzhmokJ?
Prólogo
La p,iml'ro ediciOn de esta obra, publicada en 1970 y reimpresa repelidas
veces en España y Latinoamerica. nació en mis clases a los Ingenieros Supe
flOres e Ingenieros Tecnlcos del I.C.A.I La segunda Nlici6n. totalmente am
pliada. revisada y puesta al día, se: ha reelaborado también en contacto vivo
con mis alumnos del LeA.!. La obrd es una Mecánica básica del fluido incom
presible (1).
La segunda edid61l retiene La sucesión de los veintinueve: capitulos, doce
de los cuales están consagrados a las máquinas hidráulicas y a las transmisiones
y controles hidráulicos y neumáticos: de ahí que el título completo de la obra
MECANICA DE FLUIDOS Y MAQUINAS HIDRAULlCAS se haya man
tenido lambico.
En nuestra obra se tratan los puntos siguientes:
• Análisis de las propiedades del fluido. en particular de: la PRESION y VIS
COSIDAD (paradoja de D'Alembcrt. capa limile y desprendimiento de la
capa limite).
• Deducción matemática de las ECUACIONES FUNDAMENTALES: ecua
ción de la hidrostática. ecuaciones diferenciales de Eu1er. ecuación dI' Ber
noulli. ecuación de la cantidad de movimiento. ecuación fundamental de las
turbomáquinas. ele.
• HIDRO<;TATICA y sus problemas prácticos. a partir de la ecuación fun
damental en sus múltiples formas.
• HIDRODINAMICA y sus problemas prácticos. a partir de la ecuación de
Ikrnoulli en sus múltiples formas.
• TURBOMAQUINAS HIDRAUUCAS y sus problemas práctICos de inS
talación, funcionamiento y diseño a partir de la ecuación fundamental de
Euler.
• MAQUINAS HIDRAUU CAS ALTERNATIVAS y ROTOESTATICAS.
• TRANSMISIONES Y CONTROLES HIDRAULlCOS y NEUMATlCOS.
a partir del principIO de Pascal.
411 La comprcslblh,J;od del n\lld<) 5610 11: tiene en CII~nl;o en eslll obr~ en d esludlo dd K"II~'
,~, ur;,·/,'. La esl~11CI y ¡J'nllm ..... del flu,do compresible "" tru.a en mi ol¡r¡¡ T"rmuJ'""mll"/l T;,,,,,'u
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, 'I';qll'"",s Thmiru. . , ~hdrid. EdKloncs 1 A l .• 19711. 734 pO",.
• Resumen teonco práctico de la TEORIA DE MODELOS, con deducción
y aplicación de los cinco parámetros adimensionales de semejanza.
• Deducción de las LEYES DE SEMEJANZA de bombas, ventiladores y
turbinas hidráulicas y dd número especifico de revoluciones y experimen
tación con modelos de máquinas hidráulicas.
• Redes de tuberías. instrumentación de medida, golpe de ariete, cavitación.
empuje ascensional. regulación de grupos hidroeléctricos. etc.
La obra en esta segrmda edición se ha ampliado, puesto al día, revisado y
redactado de nuevo en el sistema internacional de unidades SI.
Ampliadón en los puntos siguientes:
• Instrumentación de medida de presiones (Cap. 4).
• Instrumentación de medida de velocidad y de caudal en flujo cerrado (Cap. 6).
• Instrumentación de medida de caudal en flujo libre y de medida de nivel
(Cap. 14).
• Catorce apendiccs en lugar de tres (siete nuevos con tablas de propiedades y
cuatro nuevos con tablas de conversión de unidades).
• Bibliografla de obras recientes en lenguas española, francesa e inglesa.
• $elección de normas DIN.
etc , etc.
Punta al dio en los puntos siguientes:
• Normas internacionales para la determinación de la altura neta en las tur-
binas hidráulicas.
• Recomendaciones ISO para equipo hidráulico y nt"umático.
• Revisión de nomenclatura según últimas normas DIN vigentes.
• Panorama actual de las centrales hidroeléctricas.
• Fuentes especiales de energía hidráulica: energia mareomotriz. energía cóli
ca y energía de las olas.
etc., etc.
Rerisi6n en los puntos siguielllt's:
• Prol:>lemas (revisión tOlal).
• Nueva redacción del tema de la cavitaciÓn.
• Sustitución de la expresión inapropiada de «altur.l manométrica)) por la de
altura útil o efectiva.
• Correcciones y mejoras múltiples en el texto.
etc .. elc.
Redol"fión dI'! libro f'n 1'/ SI:
• La novedad máxima de la segunda edición es el abandono del sistema téc
nico ST y la conversión de tablas y problemas al sistema internacional de
unidades SI.
~iji
• El SI es legal en España por ley de 1967 Y decreto complementario de 1974.
• El SI es legalmente obligatorio en los principales paises del área metnca:
Alemanias Federal y Democrática. Francia. URSS. etc.
• El SI se adopta en todos los paises del área anglosajona.
• En USA. por ejemplo. a fines dc 1978 el gran gigante industrial la General
Motors poseía ya el 7(fo de su producción t.:cnia en el SI: en multItud de
Universidades se impartian todos los cursos de estatica. dinámica. mecáni·
ca de nuidos y termodinámica exclusivamente en el SI: el ACI ¡American
Concrete Institule) se ponía como meta el año 1983 paro el tránSito com
pleto al SI. etc .. etc.
En el libro se ofrece una colección de más de 300 problemas corregidos.
re"'l~dos y redactados en el SI. unos 75 de tos cuales figunan en el teuo re·
sueltos. En el ApCndice 13 figurd además la solución a lodos lo:. problemas
con numcrdción impar.
En conclusión. en esta segunda edición no hemos ahorrado esfuerlO alguno
para poder ofrecer a los alumnos de ingeniería de habla hispana. así como a
los ingenieros que trabajan en las oficinas de proyectos e instalaciones hidráuli
cas. un texto fundamental no avanzado de mttánia de nuidos incomprensi
bles para la especialidad de construcción de máquinas. riguroso. claro y prác.
tico. El lector juzgar.i hasta qué punto este objetivo se ha llevado a la práctica.
Finalmente quiero expresar mi agradecimiento a las empresas constructo
ras por el material suministrado. a los alumnos que han colaborado sobre todo
en la revisión de los problemas y a Editorial Harla. que ha acogido con gran
entusIasmo las dos ediciones de esta obra.
El Autor
Tabla de materias
NOMENCLATURA EMPLEADA
II"ro'TROOUCCION
1. INTRODUCCJON A LA MECANICA DE FLUIDOS I
1.1. Objeto de la meclnicv de fluidos I
1.2. AplicaCiones de la mecánICa de fluIdos I
1.2.1. Máquinas de fluido I
1.2.2. Redes de distribución 2
1.2.3. Regulación de las máquinas 2
J 2.4. Transmisiones y controles hidráulicos y neumátioos 2
1.2.5. Acoplamiento y cambio de marchas continuo 2
,
1.3, Resumen histórico de: la mcd.nica de fluidos ,3
1.4. Sistemas de unidades. UlmenSIOJ\eS
I.S. El sistema internacional de unidades SI
1.6. Ecuación de: dimtnslOnes 7
1.7. Cambio de unidades 10
2. PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS 13
2,1. Introducción 13
2.2. Densidad especifica o absoluta. peso espcdflCo y densidad relah\'a
2.2.1. Densidad especifICa o absoluta. 14
2.2.2. Peso especifICO "
2.2.3. Densidad relativa 16
2.2.4, Volumen especifICO 19
2.3 Compresibilidad '"
2.4. Viscosidad '"
2.4.1. Viscosidad dinámica '"
2.4.2. Viscosidad cinemática 24
2.4.3. Unidades no cohen'ntes de la vi§l;OSldad :!(,
2.5. Tensión superfiCIal "
2.6. Tensión de YlIpor 30
2.7. rluido ideal 30
1 PRESION 32
3.1. Defiaición y propiedades 32
3.2. Unidades de presión 36
13. Presión atmosférica 39
3.4. Presión absoluta y presión uccden[e o rdaliva 39
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