RESEÑA HISTORICA DE LA HIDRAULICA Y SIST. DE UNIDADES
(FALTA RESUMIR)
Reseña histórica
de la hidráulica:
La ingeniería Hidráulica es tan antigua como la civilización misma. Esto es
evidente si se piensa en la lucha del hombre por la supervivencia, que lo
obligó a aprender a utilizar y controlar el agua. Por esto, las civilizaciones
antiguas se desarrollaron en las proximidades de los grandes ríos y basaron su
economía en la agricultura. Paulatinamente fueron utilizando el riego en sus
formas primitivas.
Del año 4000 al 2000 A. C. los egipcios y los fenicios ya tenían
experiencias en problemas de agua, en la construcción de sus barcos y sus
puertos. En ese tiempo, China, India, Pakistán, Egipto y Mesopotamia iniciaron
el desarrollo de los sistemas de riego. Los chinos también experimentaron en la
protección contra inundaciones, Después del alto 500 A. C. en la Grecia antigua
se construyeron acueductos y se empezaron a desarrollar fórmulas para dichos
sistemas; fue éste uno de los primeros intentos para la elaboración de un
modelo matemático. Después, básicamente s lo se conoce la invención del molino
de viento utilizado para extraer aguas subterráneas. Ya en el siglo XVI se
desarrollaron los principios de la hidráulica con científicos como Keppler y
Torricelli,- alrededor del año 1800 Newton, Bernouilli y Euler perfeccionaron
dichas teorías.
El primer modelo físico hidráulico fue construido en el año 1795 por el
ingeniero Luís Jerónimo Fargue sobre un tramo del Río Garona. En el año 1885,
Reynolds construyó un modelo del río Merssey, cerca de Liverpool. Él anotó que
la relación existente entre la fuerza de la inercia y la fuerza de fricción
interna era de gran importancia para el diseño de los modelos hidráulicos. Hoy
en día, esta relación se denomina número de Reynolds, parámetro adimensional
muy significativo en los modelos hidráulicos actuales.
El arquitecto naval William Froude, en 1870, indicó la importancia de tal
relación de la fuerza de inercia y de la fuerza de gravedad. En la actualidad
ésta relación se denomina número de Froude, parámetro adimensional básico en el
análisis de los modelos hidráulicos. El primer laboratorio hidráulico fue fundado
en Dresden (Alemania), en 1891, por el Profesor Engels, y después de éste
muchos otros aparecieron en casi todos los países del mundo; hoy en día hay más
de un centenar.
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Desde
la creación el hombre ha estado empeñado
en multiplicar su fuerza física. Inicialmente se asocio con otros para aplicar
cada uno su fuerza individual a un solo objeto. Posteriormente un ilustre
desconocido inventó la rueda y otros la palanca y la cuña. Con estos medios
mecánicos se facilitaron enormemente las labores. Pronto estos elementos se
combinaron y evolucionaron hasta convertirse en ingenios mecánicos muy
diversos, que fueron utilizados en la construcción de los pueblos, en las
guerras y en la preparación de la tierra.
También
el hombre al lado del desarrollo de los dispositivos mecánicos, empezó desde
muy temprano la experimentación de la utilización de recursos naturales tan
abundantes como el agua y el viento. Inicialmente se movilizo en los lagos y
ríos utilizando los troncos de madera que flotaban. Mas adelante la navegación
se hizo a ve la aprovechando la fuerza de los vientos.
La
rueda hidráulica y el molino de viento Son preámbulos de mucho interés para la
historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con
las posibilidades d los fluidos para generar y transmitir energía y le
enseñaron en forma empírica los rudimentos de la Hidromecánica y sus
propiedades.La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se debe
a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar las momias.
CTESIBIUS en el siglo II A.C., la convirtió en una bomba de doble efecto.En la
segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua
y estructuras para ríos, estableció sus experiencias y observaciones en la construcción
de instalaciones hidráulicas ejecutadas principalmente en Milán y Florencia.GALILEO
en 1612 elaboro el primer estudio sistemático de los fundamentos de la
Hidrostática.
Un
alumno de Galileo, TORRICELI, enunció en 1643 la ley del flujo libre de líquidos
a través de orificios. Construyo El barómetro para la medición de la presión
atmosférica.
BLAISE
PASCAL, aunque vivió únicamente hasta la edad de 39 años, fue uno de los
grandes científicos y matemáticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos
descubrimientos importantes, pero en relación con la mecánica de fluidos son
notables los siguientes:
· La formulación en 1650 de la ley de la
distribución de la presión en un liquido contenido en un recipiente. Se conoce
esta, como ley de Pascal.
· La comprobación de que la potencia del
vacío se debe al peso de la atmósfera y no a un "horror natural" como
se creyó por mas de 2000 años antes de su época.
A ISAAC
NEWTON, además de muchas contribuciones a la ciencia y a las matemáticas, se le
debe en Mecánica de Fluidos:·
El primer enunciado de la ley de
fricción en un fluido en movimiento.
· La introducción del concepto de
viscosidad en un fluido.
· Los fundamentos de la teoría de la
similaridad hidrodinámica.
Estos,
sin embargo, fueron trabajados aislados de los cuales resultaron leyes y
soluciones a problemas no conexos. Hasta la mitad del siglo XVIII no existía
aun una ciencia integrada sobre El comportamiento de los fluidos.
Los
fundamentos teóricos de la Mecánica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonhard
Euler en el siglo XVIII.
DANIEL
BERNOULLI, 1700-1782, perteneció a una famosa familia suiza en la cual hubo
once sabios celebres, la mayoría de ellos matemáticos o mecánicos. Gran parte
de su trabajo se realizo en San Peterburgo, como miembro de la academia rusa de
ciencias. En 1738 en su "Hidrodinámica", formulo la ley fundamental
del movimiento de los fluidos que da la relación entre presión, velocidad y
cabeza de fluido.LEONHARD EULER, 1707-1783, también suizo, desarrollo las
ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales
(no viscosos). Esto marco El principio de los métodos teóricos de análisis en
la Mecánica de Fluidos. A Euler se le debe también la ecuación general del trabajo para todas las maquinas
hidráulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.),
además de los fundamentos de la teoría de la flotación.En 1985, después de 135
años de la formulación de la ley de
Pascal, JOSEPH BRAMAH, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica.
Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El
accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10
bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo
descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces.Inmediatamente siguieron
sin numero de aplicaciones y como era
de esperarse, se abrió un mercado
para el mismo sin precedentes y que superaba las disponibilidades tanto
técnicas como financieras de su tiempo.
El
segundo periodo, que comprende los últimos años del siglo XVIII y la mayoría
del XIX, se caracterizó por la acumulación de datos experimentales y por la determinación de factores de corrección
para la ecuación de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal, o sea
que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad. Cabe
destacar los nombres de experimentalistas notables como ANTOINE CHEZY, HENRI
DARCY, JEAN POISEUILLE en Francia; JULIUS WEISBACH Y G. HAGEN en Alemania. De
importancia especial fueron los experimentos de Weisbach y las fórmulas
empíricas resultantes que fueron utilizadas hasta hace poco tiempo.Entre los
teóricos de la Mecánica de Fluidos de este período, están LAGRANGE, HELMHOLTZ Y
SAINT VENANT.
En los
años posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales
de suministros de energía hidráulica, la cual era distribuida a grandes
distancias por tuberías hasta las fabricas donde accionaban molinos, prensas,
laminadores y grúas.
Todavía funcionan en algunas ciudades europeas las
redes de distribución de energía hidráulica. En Londres, por ejemplo, esta aun
en servicio la empresa " The London Hydraulic Power Co.", con
capacidad instalada de 700 HP y 180 millas de tubería de distribución. En la
misma ciudad, el famoso Puente de la Torre, es accionado hidráulicamente, así
como el ascensor principal en el edificio de la institución de los Ingenieros
Mecánicos.
En el
periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del XX, se tomó en
cuenta la viscosidad y la teoría de la similaridad. Se avanzó con mayor rapidez
por la expansión tecnológica y las fuerzas productivas. A este período están
asociados los nombres de GEORGE STOKES y de OSBORNE REYNOLDS, 1819-1903 y
1942-1912, respectivamente.
En la
Hidráulica contemporánea se deben mencionar a: LUIDWIG PRANDTL, THEODOR VON
KARMAN Y JOHAN NIKURADSE. Los dos primeros por sus trabajos en Aerodinámica y
Mecánica de Fluidos que sirvieron para dilucidar la teoría del flujo turbulento; el último sobre flujo
en tuberías.
En 1906
la Marina de los EE.UU. botó El U.S.Virginia, primer barco con sistemas
hidráulicos para controlar su velocidad y para orientar sus cañones.
En 1930
se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presión y se
introdujeron los sellos de caucho sintético. Diez años después los
servomecanismos electrohidráulicos ampliaron el campo de aplicación de la oleohidráulica (rama de la hidráulica que
utiliza aceite mineral como fluido). Desde los años sesenta el esfuerzo
investigativo de la industria y las entidades de formación profesional ha
conducido hasta los sofisticados circuitos de la fluídica.
Sistemas de unidades:
Sistema de
unidades
Un sistema de unidades es un conjunto consistente de unidades de medida.
Definen un conjunto básico de unidades de medida a partir del cual se derivan
el resto. Existen varios sistemas de unidades:
§ Sistema Internacional
de Unidades o SI: es el sistema más
usado. Sus unidades básicas son: el metro,
el kilogramo, el segundo, el ampere, el kelvin,
la candela y el mol. Las demás unidades son derivadas del
Sistema Internacional.
§ Sistema cegesimal o CGS: denominado así porque sus unidades básicas son el centímetro, el gramo y el segundo.
§ Sistema Natural: en el cual las unidades se escogen de
forma que ciertas constantes físicas valgan exactamente 1.
§ Sistema técnico de
unidades: derivado del sistema métrico con unidades del anterior. Este sistema está
en desuso.
§ Sistema Métrico Legal
Argentino:Sistema de Medidas,unidades y magnitudes que se utiliza en Argentina.
§ Sistema anglosajón de
unidades: aún utilizado en algunos países anglosajones. Muchos de ellos lo están
reemplazando por el Sistema Internacional de Unidades.
Además de éstos, existen unidades prácticas usadas en
diferentes campos y ciencias. Algunas de ellas son:
Unidades de volumen
Se
clasifican de la siguiente manera en tres categorías:
§ Unidades
de volumen sólido: Miden al volumen de un cuerpo utilizando unidades de longitud
elevadas a la tercera potencia. Se le dice volumen sólido porque en geometría
se utiliza para medir el espacio que ocupan los cuerpos tridimensionales, y se
da por hecho que el interior de esos cuerpos no es hueco sino que es sólido.
§ Unidades
de volumen líquido. Estas unidades fueron creadas para medir el volumen que ocupan
los líquidos dentro de un recipiente.
§ Unidades
de volumen de áridos, también llamadas tradicionalmente unidades de capacidad. Estas
unidades fueron creadas para medir el volumen que ocupan las cosechas
(legumbres, tubérculos, forrajes y frutas) almacenadas en graneros y silos.
Estas unidades fueron creadas porque hace muchos años no existía un método
adecuado para pesar todas las cosechas en un tiempo breve, y era más práctico
hacerlo usando volúmenes áridos. Actualmente estas unidades son poco utilizadas
porque ya existe tecnología para pesar la cosecha en tiempo breve.
[editar]Unidades
de volumen sólido
[editar]Sistema
Internacional de Unidades
El metro cúbico es
la unidad fundamental del SI para volúmenes. Debe considerarse con
los siguientes múltiplos y submúltiplos:
Múltiplos
SubmúltiplosDecímetro cúbico
Centímetro cúbico
Milímetro cúbico
Sistema
inglés de medidas
Unidades
de volumen líquido
Sistema Internacional de Unidades
La
unidad más usada es el Litro,
pero debe ser considerada con los siguientes múltiplos y submúltiplos:
Múltiplos
Submúltiplos
Sistema
inglés de medidas
En el Reino Unido y Estados Unidos
SISTEMAS DE UNIDADES Y
ECUACIONES DE DIMENSIÓN
APLICACIÓN A LAS PROPIEDADES
FÍSICAS DE UTILIZACIÓN EN LA
HIDRÁULICA
1- CONCEPTOS GENERALES
Los sistemas de unidades
utilizados son cuatro, divididos en dos grupos, los que se
basan en las propiedades: Masa
(M), Longitud (L) y Tiempo (T) el primero y Fuerza (F),
Longitud (L) y Tiempo (T) el
segundo.
En el primer grupo encontramos
los sistemas cgs (cm, gm, s), MKS (m, Km, s) y el
SIMELA (Sistema métrico legal
argentino con idénticas unidades para nuestras
aplicaciones que las del sistema
MKS). En el segundo grupo se encuentra el Sistema
Técnico o Gravitacional.
Mientras el sistema cgs se usa
para determinaciones de laboratorio, los restantes
son los que usa la tecnología en
general y la Hidráulica en particular.
Dado que el concepto de masa es
independiente de la gravedad, los sistemas que la
involucran son más rigurosos,
por ello modernamente se han adoptado universalmente.
En cambio, el sistema técnico,
no contemplado en las normas actualmente, es todavía
usado a pesar de que la vigencia
del SIMELA, data en nuestro país desde 1974.
La razón por la que es tan
difícil desprenderse de él se explica en la sensación
mucho más objetiva que tiene el
ser humano, al percibir la fuerza (o peso) como un
esfuerzo muscular proporcional a
realizar en función de su magnitud. En cambio, la Masa,
no tiene su correlato de
sensación física, por lo que se hace más abstracta su evaluación.
Ello no obstante, se hace fácil
pasar de un sistema al otro, si se tienen en cuenta las
siguientes definiciones:
1 Kgf = 1 Kgm. 9,81 m/s
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