UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL MECANICA DE FLUIDOS CURSO: MECANICA DE FLUIDOS I DOCENTE: ING. M.Sc. LUIS PAREDES AGUILAR ESTUDIANTES: RISCO VARGAS, SINTYA RENE FECHA: 25/01/2020 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ I. INTRODUCCIÓN La mecánica de los fluidos es la ciencia que estudia el comportamiento mecánico de los fluidos (en reposo o en movimiento) y su efecto sobre su entorno, tal como superficies de sólidos o interfaces con otros fluidos. La propiedad fundamental que caracteriza a los fluidos (líquidos y gases) es que carecen de rigidez y en consecuencia se deforman fácilmente. Por este motivo un fluido no tiene forma y diferentes porciones del mismo se pueden acomodar dentro del recipiente que lo contiene. En esto difieren de los sólidos, que en virtud de su rigidez tienen una forma definida, que sólo varía si se aplican fuerzas de considerable intensidad. Sin embargo, la distinción entre sólidos y fluidos no es nítida, pues muchos materiales que se comportan como sólidos bajo ciertas circunstancias, en otras circunstancias se comportan como fluidos. MECANICA DE FLUIDOS I 2 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ II. DEFINICIONES Fluidos: Es todo material que no sea sólido y que puede ‘fluir’. Son fluidos los líquidos y los gases; aún con sus grandes diferencias su comportamiento como fluido se describe son las mismas ecuaciones básicas. La diferencia entre uno u otro está en su compresibilidad. Un fluido: - Cambia su forma según el envase. - Se deforma continuamente bajo fuerzas aplicadas. - La atmósfera y el océano son fluidos. - El 97% de nuestro cuerpo es fluido, el manto de la tierra, etc. Para cualquier sustancia el estado líquido existe a una temperatura mayor que la del estado sólido, tiene mayor agitación térmica y las fuerzas moleculares no son suficientes para mantener a las moléculas en posiciones fijas y se pueden mover en el líquido. Lo común que tiene con los sólidos es que si actúan fuerzas externas de compresión, surgen grandes fuerzas atómicas que se resisten a la compresión del líquido. En el estado gaseoso las moléculas tienen un continuo movimiento al azar y ejercen fuerzas muy débiles unas con otras; las separaciones promedios entre las moléculas de un gas son mucho más grandes que las dimensiones de las mismas. El estudio de la dinámica de fluidos es similar al clásico de la dinámica de sólidos usando las ecuaciones desde hace 150 años, en que se estudia el movimiento bajo la acción de fuerzas aplicadas. Se aplican los mismos principios: 1. - Conservación de la masa 2. - Conservación del momentum 3. - Conservación de la energía termodinámica Dimensiones: Magnitud que, junto con otras, sirve para definir un fenómeno físico; especialmente, magnitud o magnitudes que se consideran en el espacio para determinar el tamaño de las cosas. MECANICA DE FLUIDOS I 3 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ III. DIMENSIONES: El Sistema Internacional de Unidades, abreviado S.I., también denominado Sistema Internacional de Medidas, es el heredero del antiguo sistema métrico decimal, por lo que el S.I. también es conocido de forma genérica como sistema métrico. Una de las principales características del Sistema Internacional de Medidas es que sus unidades están basadas en fenómenos físicos fundamentales. Las unidades del S.I. son la referencia internacional de las indicaciones de todos los instrumentos de medida, y a las que están referidas a través de una cadena ininterrumpida de calibraciones o comparaciones. El Sistema Internacional de Unidades consta de siete unidades básicas, también denominadas unidades fundamentales, que definen a las correspondientes magnitudes físicas fundamentales, que han sido elegidas por convención, y que permiten expresar cualquier magnitud física en términos o como combinación de ellas. Las magnitudes físicas fundamentales se complementan con dos magnitudes físicas más, denominadas suplementarias. Por combinación de las unidades básicas se obtienen las demás unidades, denominadas unidades derivadas del Sistema Internacional, y que permiten definir a cualquier magnitud física. En la siguiente Tabla se puede seleccionar cualquier magnitud física para acceder a definiciones, sus unidades de medida expresadas en el S.I. y su equivalencia con otros sistemas de medida. Kilogramo El kilogramo es la unidad básica de masa y su patrón es un cilindro de platino, que también se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas, en Francia. El kilogramo equivale a 1000 gramos. Un gramo es la masa de 1 centímetro cubico (cm³) de agua a una temperatura de 4° Celsius. La libra patrón en función del kilogramo patrón: la masa de un objeto que pesa 1 libra equivale a 0.4536 kilogramos (kg) Segundo La unidad oficial de tiempo, para el SI y para el SUEU es el segundo. Hasta 1956 se definía en términos del día solar medio, dividido en 24 horas. Cada hora se divide en 60 minutos, y cada minuto en 60 segundos. Así, hay 86,400 segundos por día y el segundo se definía como la 1/86,400 parte del día solar medio. Esto resultó poco satisfactorio, porque la rapidez de rotación de la tierra está disminuyendo de forma gradual. En 1956 se escogió al día solar medio del año 1900 como patrón para basar el segundo. En 1964 se definió al segundo, en forma oficial, como la duración de 9, 192, 631,770 períodos de la radiación MECANICA DE FLUIDOS I 4 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo. Newton Un newton es la fuerza que hay que ejercer sobre un kilogramo de masa para que adquiera una aceleración de un metro sobre segundo cuadrado. Pascal Unidad de medida que mide la presión. Un pascal (Pa) es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de 1 metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de 1 newton. Joule Un joule equivale a la cantidad de trabajo efectuado por una fuerza de 1 newton actuando a través de una distancia de 1 metro. En 1948 el joule fue adoptado por la Conferencia Internacional de Pesas y Medidas como unidad de energía. Amperio Un amperio es la unidad para la intensidad de corriente. Equivale a la carga en coulomb por segundo, *10-6. Kelvin La unidad fundamental de temperatura lleva su nombre en honor al científico William Thomson, Lord Kelvin. Se define al kelvin como la 1/273 parte de la temperatura termodinámica del punto triple del agua (que es el punto fijo en el que coexisten el hielo, el agua líquida y el vapor de agua en equilibrio). Se adoptó esta definición en 1968, al decidir cambiar el nombre grado kelvin (°K) por sólo kelvin (K). IV. CLASIFICACION DE FLUJOS DE FLUIDOS: Se denomina FLUIDO a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restituidas tendentes a recuperar la forma "original“. MECANICA DE FLUIDOS I 5 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Así entonces, un FLUJO es el estudio del movimiento de un fluido, involucrando las leyes del movimiento de la física, las propiedades del fluido y características del medio ambiente y conducto por el cual fluyen. CLASIFICACIÓN DE FLUJOS El flujo de los fluidos puede clasificarse de muchas maneras, atendiendo diversas características y criterios de velocidad, espacio y tiempo. 1. De acuerdo a la velocidad del flujo: • Flujo turbulento: En este tipo de flujo las partículas del fluido se mueven en trayectorias erráticas, es decir, en trayectorias muy irregulares sin seguir un orden establecido. •Flujo laminar: Se caracteriza porque el movimiento de las partículas del fluido se produce siguiendo trayectorias bastante regulares, separadas y perfectamente definidas dando la impresión de que se tratara de láminas o capas más o menos paralelas entre sí. MECANICA DE FLUIDOS I 6 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ 2. De acuerdo a sus cambios de densidad respecto al tiempo Compresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro no son despreciables. Incompresible: Es aquel en los cuales los cambios de densidad de un punto a otro son despreciables, mientras se examinan puntos dentro del campo de flujo. 3. Por variación de velocidad con respecto al tiempo: Flujo permanente: Se caracteriza porque las condiciones de velocidad de escurrimiento en cualquier punto no cambian con el tiempo, o sea que permanecen constantes con el tiempo o bien, si las variaciones en ellas son tan pequeñas con respecto a los valores medios. Flujo no permanente: Las propiedades de un fluido y las características mecánicas del mismo serán diferentes de un punto a otro dentro de su campo, además si las características en un punto determinado varían de un instante a otro se dice que es un flujo no permanente. MECANICA DE FLUIDOS I 7 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ 4. Por magnitud y dirección de la velocidad del fluido: •Flujo Uniforme: Ocurren cuando el vector velocidad en todos los puntos del escurrimiento es idéntico tanto en magnitud como en dirección para un instante dado. •Flujo no Uniforme Es el caso contrario al flujo uniforme, este tipo de flujo se encuentra cerca de fronteras sólidas por efecto de la viscosidad. MECANICA DE FLUIDOS I 8 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ 5. Por efectos de vector velocidad Flujo rotacional: Es aquel en el cual el campo rot v adquiere en algunos de sus puntos valores distintos de cero, para cualquier instante. Flujo irrotacional: Al contrario que el flujo rotacional, este tipo de flujo se caracteriza porque dentro de un campo de flujo el vector rot v es igual a cero para cualquier punto e instante. •Flujo Unidimensional Es un flujo en el que el vector de velocidad sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de velocidad transversales a la dirección principal del escurrimiento •Flujo Bidimensional Es un flujo en el que el vector velocidad sólo depende de dos variables espaciales. •Flujo Tridimensional El vector velocidad depende de tres coordenadas espaciales, es el caso más general en que las componentes de la velocidad en tres direcciones mutuamente perpendiculares son función de las coordenadas espaciales x, y, z, y del tiempo t. MECANICA DE FLUIDOS I 9 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Flujo ideal: Es aquel flujo incompresible y carente de fricción. Un fluido que no presente fricción resulta no viscoso y los procesos en que se tenga en cuenta su escurrimiento son reversibles. V. PROPIEDADES FISICAS Y TERMODINAMICAS PROPIEDADES FÍSICAS DE UN FLUIDO: Densidad: es la medida del grado de compactación de un material. Para un fluido homogéneo se define como la masa por unidad de volumen y depende de factores tales como su temperatura y la presión a la que está sometido. Sus unidades en el SI son: kg/m3. Los líquidos son ligeramente compresibles y su densidad varía poco con la temperatura o la presión. Para una masa dada, la presión, la temperatura y el volumen que ocupa se relacionan por medio de la ley de los gases: pV = mRT, donde R es la constante de los gases ideales y T la temperatura absoluta (grados Kelvin). Compresibilidad: En la mayoría de los casos, un líquido se podría considerar incompresible, pero cuando la presión cambia bruscamente, la compresibilidad se hace evidente e importante. Lo mismo ocurre si hay cambios importantes de temperatura. La compresibilidad se expresa mediante el módulo elástico de compresión. Viscosidad: es una medida de la resistencia del fluido al corte cuando el fluido está en movimiento. Se le puede ver como una constante de proporcionalidad entre el esfuerzo de corte y el gradiente de velocidad. Sus unidades en el SI son: kg s/ m3. La viscosidad de un líquido decrece con el aumento de temperatura, pero en los gases crece con el aumento de temperatura. Esta diferencia es debido a las fuerzas de cohesión entre moléculas. Esta propiedad también depende de la presión. Tensión superficial: Una molécula dentro del líquido es atraída en todas direcciones por otras moléculas mediante fuerzas cohesivas. Cuando un líquido está en contacto con algún otro medio (aire, otro líquido, un sólido) se forma una superficie de contacto entre el líquido y el otro medio. Dentro del líquido, y lejos de su superficie de contacto, una molécula se encuentra en equilibrio: la suma de las fuerzas de atracción es cero. Sin embargo, en la superficie de contacto, la suma de estas fuerzas tiene como resultante una fuerza neta, perpendicular a la superficie y con sentido hacia el interior del líquido. Esta fuerza hacia el interior hace que la superficie de contacto se comporte como una membrana. Una de las consecuencias de la tensión superficial es la capilaridad. PROPIEDADES TERMODINAMICAS DE UN FLUIDO: El campo de velocidades V es la propiedad más importante del flujo y éste interactúa con las propiedades termodinámicas del fluido: MECANICA DE FLUIDOS I 10 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Presión. p Densidad. P Temperatura. T Al entrar en juego el trabajo, el calor y el equilibrio energético aparecen otras cuatro propiedades termodinámicas: Energía interna. Entalpía. Entropía. Calores específicos. Por otro lado, los efectos de fricción y conducción de calor están gobernados por los fenómenos de transporte: Coeficiente de viscosidad. Conductividad térmica. MECANICA DE FLUIDOS I 11 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ VI. ARTICULOS CIENTIFICOS ORMEÑO V, Miguel A. / TRATAMIENTO ACUSTICO EN VENTILADORES CENTRIFUGOS/CENTRO DE DESARROLLO E INVESTIGACIÓN EN TERMOFLUIDOS CEDIT ( Número 1 2006.) http://www.unmsm.edu.pe/cedit/linked/revista%20cientifica%20%20cedit% 20-%202006.pdf El presente artículo muestra los principales métodos de tratamiento acústico en ventiladores centrífugos, para la disminución de este ruido nocivo, que afecta de manera considerable a la salud humana, manifestándose a través de problemas cardiovasculares, incremento de la agresividad y en el cansancio mental. El principio fundamental de tratamiento acústico en turbo máquinas es similar y el objetivo principal es optimizar el flujo en el ducto del ventilador, el presente artículo incluye resultados experimentales utilizando un equipo instrumental acústico en tiempo real. La mayoría de las investigaciones en el campo del control del ruido en los ventiladores centrífugos son orientados primordialmente a la disminución del nivel de tono en la frecuencia de paso de los alabes, y el interés a esta componente es obvia. Desde el punto de vista objetivo, esta componente es la más nociva, por ello es tarea primordial la disminución de esa componente. Es conocido la localización de este fenómeno, que se encuentra en la zona periférica entre el impulsor y la lengüeta del ventilador. Esto motiva la posibilidad de influir en la formación del tono directamente en la fuente de origen. Este tono se forma como interacción del flujo de aire en la salida de la rueda móvil con la lengüeta del caracol. La disminución de otras componentes en el ventilador centrífugo es una tarea más difícil, ya que está relacionada con la acción sobre el flujo turbulento dentro de la rueda móvil como en el interior del ducto del ventilador. METODOS DE REDUCCIÓN DEL RUIDO EN VENTILADORES CENTRÍFUGOS A continuación se observa una serie de métodos orientados a la disminución del nivel de tono: Incremento de la distancia periférica de la rueda móvil y la lengüeta del caracol. Incremento del radio de la curvatura del filo de la lengüeta. La aplicación de ángulos entre los alabes de la rueda móvil y el filo de la lengüeta. Desplazamiento de alabes en los ventiladores de doble entrada o doble hilera de alabes. Mallas turbulizadoras en la entrada y en la salida de los filos de los alabes. Paso irregular de los alabes de la rueda móvil. Descoordinación de la resistencia acústica del ventilador en los sistemas de los ductos de entrada y salida. Faja direccional alrededor de la rueda móvil. Ventilador con carcaza rectangular. Tratamiento acústico de la carcaza del ventilador. Holgura radial entre la tobera del ducto de entrada y entrada a la rueda móvil. Ventilador con carcaza cilíndrica. Resonadores en la lengüeta de los ventiladores centrífugos. En vista de la gran diversidad de los métodos de tratamiento acústico me dedicare a algunos representativos. MECANICA DE FLUIDOS I 12 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ Zaragoza Grifé, Nicolás y Baeza Pereyra, Julio R. /DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO DE SISTEMAS DE TUBERÍAS MEDIANTE LA UTILIZACIÓN DEL VISUAL BASIC PARA APLICACIONES Y EL MÉTODO DE APROXIMACIÓN DE PUNTO FIJO (2003) https://www.redalyc.org/pdf/467/46770205.pdf Los métodos de aproximaciones sucesivas son requeridos para la solución de problemas complejos en ingeniería. Este trabajo muestra el uso del método de Aproximación de Punto Fijo para la determinación del diámetro de sistemas de tuberías, en flujo turbulento, considerando no solamente las pérdidas primarias, sino también las menores. Se partió de la ecuación de Colebrook-White y se estableció un sistema de ecuaciones recurrentes. La solución de este sistema fue implementada a partir de un algoritmo genérico en Visual Basic para Aplicaciones© y programado en MS Excel©, como una fórmula añadida por el usuario. Esto evita el uso del diagrama de Moody, así como facilita las labores de diseño mediante el uso de un software de hoja de cálculo ampliamente utilizado. Dicho programa permite la realización de los cálculos en forma rápida, exacta y sencilla. Así mismo, se presenta como una alternativa innovadora de solución que construye sobre lo ya conocido en cursos de computación y métodos numéricos y que puede ser utilizada en los diversos cursos de mecánica de fluidos, hidráulica, termodinámica, etc., que se imparten en las instituciones de educación superior. En la práctica profesional, es frecuente enfrentarse a problemas que involucren el realizar cálculos relacionados con dimensionamiento de parámetros de las tuberías de un sistema hidráulico. Así mismo, en algunos de estos problemas, el hecho de encontrar una solución implica el proporcionar soluciones iniciales y recurrir a cálculos repetitivos o métodos gráficos. Tal es el caso de determinar el diámetro de un sistema de tuberías. Dicho problema se presenta cuando se conectan dos depósitos, se descarga el fluido a la atmósfera o a algún sistema presurizado, etc. En este tipo de problemas, donde la incógnita es el diámetro de la tubería, las especificaciones de diseño conocidas son: el gasto que circula por el sistema, la diferencia entre los niveles de las superficies libres de los líquidos en los depósitos, la presión de descarga, las elevaciones, longitudes y rugosidades de las tuberías que los conectan, el fluido que circula, los accesorios hidráulicos utilizados, etc. Si no se requiriera el auxilio de la computadora para encontrar la dimensión de la tubería, se necesitaría suponer valores iniciales del factor de fricción (f) y del diámetro de la tubería (D) y utilizando el diagrama de Moody, realizar una serie de iteraciones que permitan la convergencia del factor del fricción (Munson, Young y Okishi, 1999). Este proceso de cálculo implica un tiempo considerable, puesto que se requiere la lectura iterativa del diagrama de Moody para lograr la convergencia del valor del factor de fricción. Además, con dichas lecturas se incrementa la posibilidad de errores numéricos que repercutiría en el cálculo del diámetro de la tubería (García y Morales, 2003). El uso de software matemático es una buena alternativa inicial para el manejo de problemas de este tipo. García y Morales (2003) presentan una manera didáctica de implementar el proceso de cálculo del diámetro MECANICA DE FLUIDOS I 13 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ de una tubería, utilizando Mathcad©. En el ejemplo presentado en dicho trabajo, se describe al menos dos veces todo el proceso necesario para calcular los nuevos valores de D, a partir de suposiciones iniciales para los valores del f y de D. En el referido trabajo, también se manejan dos fórmulas con variables implícitas para calcular f y D, mismas que se resuelven utilizando las capacidades internas del MathCad. En este trabajo, se utilizó el método de Aproximación de Punto Fijo (Chapra y Canale, 1998) para resolver las ecuaciones implícitas que intervienen en el dimensionamiento de un sistema de tuberías que conectan a dos depósitos cuya superficie se encuentra sujeta a la presión atmosférica. El algoritmo tanto para la resolución de las ecuaciones para el cálculo de D y f, así como el algoritmo general de dimensionamiento de la tubería se desarrollaron en Visual Basic Para Aplicaciones (Jacobson, 2002), utilizando software de hoja de cálculo de uso general. El programa resultante se implementó como una fórmula más de Excel, eliminando el uso de figuras, nomogramas u otra herramienta o software matemático. Castellanos, Hermes E, Collazos, Carlós A., Farfan, Javier C., MeléndezPertuz, Farid / DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CANAL HIDRÁULICO DE PENDIENTE VARIABLE (Inf. tecnol. vol.28 no.6 La Serena 2017) https://scielo.conicyt.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S071807642017000600012 En este artículo se presenta el diseño, construcción, calibración y validación a través de prácticas experimentales usando un canal hidráulico de pendiente variable. El equipo forma parte del Laboratorio de Hidráulica de la Universidad Manuela Beltrán sede Cajicá en Colombia. El equipo se compone de un soporte estructural en aluminio de 5 metros de largo, un banco hidráulico de 250 litros, un canal rectangular en acrílico de 5 metros de largo, sensores de caudal y presión de bajo costo. Como novedad en comparación a otros prototipos similares, se incluyó un sistema hidráulico acoplado a un sensor de presión para registrar los cambios de presión en diferentes zonas del canal con mayor grado de precisión. Esta herramienta brindará apoyo a estudiantes, docentes e investigadores en los campos de hidráulica, ingeniería ambiental y áreas afines. Finalmente, la validación del funcionamiento del canal se da mediante la reproducción exitosa de experimentos propuestos en la literatura. Palabras clave: canales abiertos; pendiente variable; borde libre; caudal; presión; flujo; energía específica; flujo laminar Los fluidos son elementos líquidos o gaseosos que al tener baja cohesión molecular adoptan la forma del recipiente que los contiene. Estos recipientes pueden clasificarse en canales o tuberías. En los primeros se tiene una superficie del fluido en contacto con la atmósfera, en el segundo el fluido está confinado en un espacio cerrado haciendo que este ejerza una presión a la tubería. En el caso de los fluidos líquidos, la diferencia para los conductos no solo se limita a la forma, sino al comportamiento del fluido dentro del conducto. Dentro de las tuberías el líquido fluye debido a fuerzas como son la gravedad, resistencia, presión y viscosidad; adicional a estas fuerzas, en los canales actúan la tensión superficial y fuerzas que puedan provocarse si hay sedimentos arrastrados. MECANICA DE FLUIDOS I 14 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ La adición de fuerzas en los canales con respecto a las tuberías hace que su estudio sea más complejo (Sotelo-Ávila, 2002). Los canales adicionalmente tienen ciertas características que deben considerarse para entender la dinámica del fluido que contienen. Una de estas características es el borde libre, que se define como la distancia o altura desde la superficie del líquido (normalmente agua) hasta la parte superior del canal. El borde libre se tiene en cuenta ya que permite (entre otras condiciones), que las ondas de agua oscilen sin salirse del canal. Otra característica es la pendiente longitudinal del fondo del canal necesaria para el flujo del agua (Chow, 2004). Estas y otras características deben ser asumidas a la hora de la construcción de canales para la conducción de agua. Los canales pueden ser de tipo natural o artificial debido a su origen. Los primeros han sido creados por los ecosistemas para drenar el agua de la tierra en forma de arroyos o ríos. Por su parte los canales artificiales son creados por el hombre para generar electricidad, navegación, riego, etc., estos canales tienen como principal reto conducir eficientemente el agua para cumplir la función por la cual fueron creados. Los canales naturales tienen su flujo en lo que se denomina "cauce"; este es irregular por las variaciones del caudal de agua en el tiempo, lo cual hace que las dimensiones, profundidad y forma varíen a lo largo del canal. Contrario a los canales naturales, los artificiales tienden a ser de forma geométrica claramente definidas y en diversas secciones se tienen dimensiones constantes. Basados en las características anteriormente mencionadas, se observa que transportar agua en canales es un trabajo complejo que involucra muchas variables. Estos temas merecen especial consideración en tierras bajo riego. Este problema adquiere un nivel importante de complejidad cuando se trata del diseño de canales sin revestir excavados en suelos aluviales. Ello se debe a la gran cantidad de variables a tener en cuenta y a la falta de un conocimiento adecuado en lo que respecta a los fenómenos físicos vinculados (Farias, 1995). En la literatura es posible encontrar el desarrollo de diferentes sistemas de canales o el estudio de los fenómenos físicos que intervienen en el flujo del agua por los canales, todo esto para la optimización de los recursos. Sistemas de adquisición de datos inalámbricos y acceso remoto para el cubrimiento de necesidades básicas como el desarrollado por (Bolaños et al, 2015), el cual permite aprovechar al máximo las fuentes naturales de agua y de esta manera evitar pérdidas considerables. Otro trabajo es la implementación de un sistema de automatización basado en controladores no lineales de nivel, para el control de las compuertas de un canal de irrigación (Dulhoste et al, 2007; Marbello, 2005). La optimización de canales basados en su diseño es un tema de interés; (Vatankhah, 2013) optimiza el flujo a través de secciones geométricas semi-rectangulares que son propuestas y evaluadas para dicho fin MECANICA DE FLUIDOS I 15 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ por Swamee y Chahar (2012) y Tofiq y Guven (2015) quienes describen formas para el diseño óptimo de canales de riego desde la fuente al destino, minimizando costos teniendo en cuenta la topografía del canal y el uso de técnicas de programación lineal. Se han propuesto algoritmos como el MHBMO (Niazkar y Afzali, 2015) el cual pretende minimizar los costos y aumentar la optimización de secciones de canales de formas comunes. Por último, el análisis de flujos en canales sirve para apoyar actividades académicas, como es el caso de (Bougamouza et al., 2015), donde se realiza el análisis de la consecuencia de tener en el flujo un obstáculo en el fondo del canal rectangular, esto realizado en pruebas en el laboratorio. También se han diseñado y construido canales hidráulicos para aulas educativas como es el caso de (Marín, Menjívar y Zavaleta, 2012), trabajo en el que se generan manuales de mantenimiento y guías de laboratorio para el aprovechamiento del canal construido. En este trabajo se realiza un prototipo para el estudio académico, el cual cuenta con un sistema llamado "flauta", que fue acoplado a un sensor de presión de alta resolución que permite obtener la presión de la columna de agua antes y después de un cambio de área, causado por la ubicación de bloques con diferentes formas geométricas en cualquiera de las zonas seleccionadas a lo largo del canal. Por otro lado, el equipo en general le brinda al experimentador la familiaridad con los sistemas de adquisición de datos, a través del control de las variables de entrada y salida al sistema. Ríos-HidalgoI MSc. Liz Mabel, Dra. Águila-HernándezI Idalia, MSc. Montesino-Herrera Mirelys / Tecnología para el tratamiento de las aguas residuales ácidas de la planta de síntesis de un compuesto nitroaromático(RTQ vol.34 no.1 Santiago de Cuba ene.-abr. 2014) http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S222461852014000100005 En la planta de síntesis de un compuesto nitro aromático altamente peligroso se obtienen aguas residuales que contienen fundamentalmente ácido nítrico. En este trabajo se lleva a cabo el proyecto de una instalación eficiente para tratar estas aguas, tanto desde el punto de vista de la seguridad personal de los trabajadores como de la no contaminación del medio ambiente. Para ello se realiza un análisis técnico-económico de las alternativas más factibles a utilizar y se selecciona la variante más adecuada. Son utilizados métodos de diseño de experimentos, necesarios para determinar los parámetros de las reacciones químicas peligrosas que se producen y para desarrollar los balances de materiales y energía. Posteriormente, se define el esquema tecnológico y se realiza el diseño tecnológico del equipamiento fundamental y auxiliar utilizando diferentes programas computacionales. Del estudio llevado a cabo se determina que es factible técnica y económicamente el uso de la neutralización con amoníaco, pues es una fuente de aporte de nitrógeno al suelo de relevante importancia para el desarrollo de nuestra agricultura. En este trabajo se propone el diseño tecnológico del sistema de tratamiento de aguas residuales de la planta de producción de un compuesto nitro aromático, representando los criterios básicos para la posterior proyección, construcción e instalación del equipamiento y de la planta en su conjunto y MECANICA DE FLUIDOS I 16 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ constituye una evidencia de cómo puede encaminarse nuestro esfuerzo en eliminar problemas relacionados con la contaminación ambiental mediante el empleo de tecnologías más limpias, que contribuyan a encontrar soluciones viables para el desarrollo de nuestro país. Los problemas ambientales son tan antiguos como el hombre. Desde etapas muy tempranas del desarrollo de la humanidad, el hombre ha depositado sobre el medio natural los residuos de su actividad vital y productiva. Producto del alto valor que tiene para la sociedad la salud del hombre y la protección de sus riquezas, se le presta gran atención al problema de la contaminación ambiental, buscando cada día soluciones para eliminarla. En Cuba, país socialista, el medio ambiente y los recursos naturales son patrimonio común de la sociedad y constituyen, por tanto, interés fundamental de la nación en su conjunto. De ahí que la atención a los problemas ambientales se realice de forma integral por toda la sociedad. La Constitución de la República, incluye expresamente la obligatoriedad de la protección del medio y los recursos naturales del país, tanto por el Estado como por cada ciudadano. En 1981, la Asamblea Nacional del Poder Popular, máximo órgano legislativo del país, aprobó la Ley de Protección del Medio Ambiente y Uso Racional de los Recursos Naturales. En 1992, como continuación de los trabajos desarrollados en el país para la creación de un sistema de normas para la protección del medio ambiente, se aprobó el llamado "Sistema Nacional de Protección". En 1994, se creó el Ministerio de Ciencia, Tecnología y Medio Ambiente (CITMA); la dimensión ecológica está presente en las nuevas leyes que se han aprobado para la inversión del capital extranjero, la creación de las zonas francas y los estudios de Impacto Ambiental. Basado en la importancia que en nuestro país se le ha dado a estos problemas se han venido realizando estudios para mejorar el tratamiento que se le brinda a residuales peligrosos provenientes de diferentes procesos productivos, puesto que estos son ricos en compuestos tóxicos para la salud del hombre y los animales, provocando la destrucción acelerada de las riquezas naturales. Durante el proceso de producción de compuestos nitroaromáticos altamente peligrosos, se generan aguas residuales ácidas muy contaminantes y peligrosas tanto para la salud y la seguridad de los trabajadores, como para el medio ambiente, ya que las mismas arrastran partículas sólidas de dichos compuestos y además, contienen ácido nítrico en un rango de concentración entre un 58- 62 %, lo que constituye un peligro para el medio ambiente y de accidentes graves. El ácido nítrico es un líquido incoloro y corrosivo y un ácido tóxico que puede causar quemaduras severas. La sustancia es irritante a los ojos, la piel y el sistema respiratorio. Es por ello que en este trabajo se propone como objetivo fundamental la realización del proyecto de una instalación eficiente para el tratamiento de MECANICA DE FLUIDOS I 17 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ las aguas residuales ácidas resultantes del proceso de síntesis de un compuesto nitro aromático, desde el punto de vista de la seguridad personal de los trabajadores y la no contaminación del medio ambiente. Martín-Vide, Juan Pedro/ EROSIÓN, SEDIMENTACIÓN Y RESTAURACIÓN DE RÍOS. EJEMPLOS DE INGENIERÍA E INVESTIGACIÓN TECNOLOGÍA Y CIENCIAS DEL AGUA, VOL. IV, NÚM. 5, NOVIEMBRE-DICIEMBRE, 2013 (https://www.redalyc.org/pdf/3535/353531985001.pdf) Este artículo presenta algunos ejemplos de estudio de ingeniería fluvial en que el sedimento desempeña un papel relevante, dominio llamado a veces hidromorfología fluvial, fluviomorfología o también morfodinámica fluvial. Trata más del perfil longitudinal y las secciones transversales del río que de la movilidad en planta. Los ejemplos de ingeniería proceden de Latinoamérica, de la erosión en los ríos de la costa norte del Perú durante El Niño de 1998 y de la sedimentación en el cauce del río Pilcomayo, que comparten Bolivia, Argentina y Paraguay, en ambos casos como fruto de la experiencia en misiones europeas. Por su magnitud, esta clase de problemas interesan a la geomorfología fluvial. Los ejemplos de restauración proceden de Europa, en particular del río Besòs cerca de Barcelona, y de países europeos más avanzados. Se trata siempre de la restauración de ríos de gravas pequeños. Al final se tocan de forma breve temas de investigación en ríos torrenciales de pendiente alta y protecciones de escollera (enrocado), desarrollados en la UPC por el autor y sus colaboradores. El artículo fue la conferencia inaugural del XXV Congreso Latinoamericano de Hidráulica celebrado en San José de Costa Rica del 9 al 12 de septiembre de 2012. Lo que se puede decir sobre cómo discurre el agua en el cauce de un río (y también fuera de él cuando el río desborda) es lo que se llama hidrodinámica. Este nombre necesita el adjetivo fluvial, pues también existe una hidrodinámica marítima, por ejemplo, que tiene que ver con el oleaje, las mareas o las corrientes en el mar. Lo más olvidado de los ríos, sin embargo, es que también el cauce se mueve y se transforma, aunque sea de forma más lenta. Para la disciplina que explica cómo ocurre este movimiento se ha acuñado el término todavía provisional de morfodinámica. También se le ha de añadir “fluvial”, pues el estudio de las transformaciones de las playas en la costa es un ejemplo pertinente de morfodinámica, en este caso, marítima. Otros nombres de la morfodinámica fluvial son fluviomorfología e hidromorfología. Es frecuente la incomprensión de los ingenieros civiles (incluso hidráulicos) hacia este asunto. Habituados a la geometría, bien formados en proyecto y cálculo de obras, se encuentran incómodos cuando el lugar de implantación de una obra está sujeto a incertidumbres, que son los interrogantes a los que se enfrenta la dinámica fluvial. En efecto, la inestabilidad fluvial puede dar al traste con obras geométricamente óptimas, muy bien concebidas y calculadas, como se verá en el primer ejemplo. Los cambios en los cauces de interés en morfodinámica ocurren en tiempos comparables a la vida humana y tienen lugar en los ríos aluviales, cuyos contornos laterales y de MECANICA DE FLUIDOS I 18 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ fondo están formados por partículas traídas por el río. El río transporta una materia mucho menos interesante que el agua como recurso, pero decisiva para su constitución, ya que cualquier cambio fluvial tiene que ver con los sólidos transportados. A efectos prácticos, los sólidos van en un solo sentido, el de la gravedad, y no vuelven nunca a las cabeceras de las cuencas o a las partes superiores de los cauces, a diferencia del agua. Es un movimiento mucho menos cuantioso, pero tan incesante como el del agua y en un solo sentido. El segundo ejemplo será elocuente al respecto. La clave de la morfodinámica fluvial se agazapa ahí: en esa materia llamada “sedimento” (aunque “sedimento” debería significar el fruto de la sedimentación, se extiende a todos los sólidos del río). Un río es como una cinta transportadora (figura 1). La goma de la cinta es el cauce del río y la velocidad de la cinta, el caudal de agua. La cinta no se para nunca, está siempre en movimiento, como el ciclo hidrológico; de manera incesante arrastra en su movimiento a los sólidos recogidos arriba, volviendo de vacío al origen. La diferencia de la cinta con el río es que el cauce del río suelta o captura sólidos, además de conducirlos, cambiando así sus propiedades (anchura, profundidad, pendiente, sinuosidad). Es como si, mientras la cinta se moviera, la goma se estirase, encogiese, ensanchase, estrechase, torciese o enderezase… La morfodinámica es una ciencia imperfecta. No se ocupa de objetos o procesos creados por el hombre sino de elementos de la naturaleza, que son todos distintos. Existe un conocimiento antiguo, empírico y ad hoc sobre los ríos. La dinámica de un río despierta en todos la intuición. En el otro extremo, la ciencia de la mecánica de fluidos se ha esforzado por desentrañar el movimiento del agua y del cauce, pero simplificando e idealizando los problemas, para poder usar la experimentación y las matemáticas, alejándose con ello de la complejidad real. Es importante no perder de vista que el río es fruto de su cuenca, que le proporciona agua y partículas sólidas: de su geología, topografía, edafología,… y de la planificación territorial (usos del suelo). Esto tiene particular importancia cuando se planea la restauración fluvial de un río, como se verá en el tercer ejemplo. Además del agua y los sólidos, la esfera biológica (la vegetación) es un factor importante en la morfodinámica de los ríos, además de ser el núcleo de su valor ambiental. MECANICA DE FLUIDOS I 19 UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ VII. BIBLIOGRAFIA WHITE , F. “Mecánica de fluidos" Ed. McGraw Hill ( 2008 ) CRESPO , A. “Mecánica de fluidos” Ed. Thomson ( 2006 ) BARRERO RIPOLL, A., PÉREZ-SABORID SÁNCHEZ-PASTOR, M. ‘’Fundamentos y aplicaciones de la Mecánica de Fluidos’’ Ed. McGraw Hill ( 2005 ) Streeter V. y Wylie E. B. (1ra, 2da, 3ra, 4ta, 8va y 9na edición) Mecánica de los Fluidos. Ed. McGraw-Hill. White F. (1ra y 5ta edición 1988/2004) Mecánica de Fluidos. Ed. McGrawHill. Fox R. y Mc Donald A. (2da y 4ta edición 1993/1995) Introducción a la Mecánica de los Fluidos. McGraw-Hill. Mataix C. (1ra y 2da edición – 1970/1982) Mecánica de Fluidos y Máquinas Hidráulicas. Harla Mott R. (1996) Mecánica de Fluidos Aplicada. Prentice Hall MECANICA DE FLUIDOS I 20
