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Una colección de ejercicios resueltos de mecánica de fluidos e hidráulica, cubriendo temas como el cálculo de fuerzas, momentos, presión, caudal, pérdida de carga y flujo en canales abiertos. Los ejercicios son detallados y explican los conceptos clave de la mecánica de fluidos, proporcionando una base sólida para la comprensión de este campo.
Tipo: Apuntes
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430 problemas resueltos, perfectamente desarrollados : ~...---
428 problemas propuestos con solución
10:4_....----
Apéndic~ con tablas y diagramas
T~f'Cera edición
RANALD V. GILES Dr exe ll Institute ofT echnology
JACK B. EVETT, PH. D. CHENG LIU University of North C ar olina at Charlotte
JA IM E MON EVA MOt\TE VA Dr. In ge ni ero de A rm amento y Mate ri al Licenciado en Ciencias Matemátic as Ex -p rofesor de la Escuela Po li técnica S up erior del Ejército (Madrid)
MADRID. BUENOS AIRES. CARACAS. GUATEMALA. LISBOA. MEXICO NUEVA YORK. PANAMA. SAN JUAN. SANTAFE DE BOGOTA. SANTIAGO. sAo PAULO AUCKLAND • HAMBURGO • LONDRES. MILAN • MONTREAL • NUEVA DELHI • PARIS SAN FRANCISCO. SIDNEY • SINGAPUR • ST. LOUIS • TOKIO. TORONTO
A
y
viii CONTENIDO
65 65
80 80 80 80 81
93 93 93 94 94 94 95 95 . 95 95 96 96
118 118 119 119 119 120 120 120 121 122 123 123 124 124 124
160 160 160
CONTENIDO ix
Número de Reynolds ....... .. ......... ..... ... ..... .. .............. Flujo turbulento .... ... ............ ..... ... .... .... .. .... .... ....... Tensión cortante en la pared de una tubería ..... ... .... .. .............. Distribución de ve locidades ........... ............................... Pérdida de carga en flujo laminar .. ............ .. ........... ...... .... Fórmula de Darcy-Weisbach ... .. ... .. ............ .. ........ ......... Coeficiente de fricción. ..... ........................... ..... ........ Otras pérdidas de carga ................ ......... ............... ... ... Ecuaciones empíricas de flujos de agua... ..... .... ... .......... ... .... Diagramas de tuberías .... .... .. .... ... ...... .. ....... ...............
CONTENIDO xi
Indice........................................................................ .. 417
SIMBOLOS y ABREVIATURAS
a A b
e
ee e" C
CB CG
C (^) F
C (^) I cfs d, D DI Dr e E
F F (^) B FE Fr g
gpm h
H
aceleración, área área longitud de un vertedero, anchura en la superficie libre del agua, anchura de so- lera de un canal abierto. coeficiente de desagüe o descarga, celeri- dad de la onda de presión (velocidad del sonido). coeficiente de contracción coeficiente de velocidad coeficiente de Chezy, constante de inte- gración centro de flotación centro de gravedad centro de presión, coeficiente de poten- cia de hélices coeficiente de arrastre o resistencia coeficiente de empuje en hélices coeficiente de sustentación coeficiente del par en hélices coeficiente de Hazen-Williams pies cúbicos por segundo diámetro diámetro unitario densidad relativa rendimiento módulo de elasticidad volumétrico, ener- gía específica factor o coeficiente de rozamiento de Darcy en flujo en tuberías fuerza, empuje fuerza de flotación energía de presión número de Froude aceleración de la gravedad = 9, 81 mis = 32,2 pies/s galones americanos por minuto altura de carga, altura o profundidad, al- tura o carga de presión altura o carga total (energía por unidad de peso)
H (^) L , hL pérdida de carga (algunas veces se de- signa por LH) hp potencia en caballos de vapor (CV) = yQH/75 = 0,735 KW = 0,986 HP 1 momento de inercia I x!, producto de inercia J julio k relación de los calores específicos, expo- nente isoentrópico (adiabático), cons- tante de Von Karman K coeficiente de desagüe en canales trape- zoidales, coeficiente de pérdida de carga en ensanchamientos, constante Ke coeficiente de pérdida de carga en con- tracciones KE energía cinética 1 longitud de mezcla
LE longitud equivalente m coeficiente de rugosidad en la fórmula de Bazin, coeficiente de vertedero en presas M masa, peso molecular MB distancia de CB a mi n coeficiente de rugosidad, exponente, coe- ficiente de rugosidad en las fórmulas de Kutter y de Manning N velocidad de rotación Ns velocidad específica Nu velocidad unitaria N M número de Mach p presión, perímetro mojado p' presión P potencia Pa pascal PE energía potencial P u potencia unitaria psf libras/pie 2 (lb/ft 2 ) psia libras/pulgada 2 (lb/in 2 ) , absoluta psig Ib/in 2 , manométrica q caudal por unidad o unitario Q caudal en volumen
xv
SIMBOLOS y ABREVIATURAS xvii
760 mm Hg = 30 pulgadas de mercurio (in Hg) 34 pies de agua (ft H 2 0) 14,7 libras por pulgada cuadrada (lb/irr') 1,033 kp/crrr' = 1 Atm (atmósfera física) = 101,3 kPa
1 libra por pie cuadrado (lb/ft" o psf) = 4,88 kp/rn?
Magnitud British Engineering System (^) Sistema Internacional al al Sistema Internacional British Engineering System
Longitud (^) 1 in = 0,0254 m 1 m = 39,37 in 1 ft = 0,3048 m 1 m = 3,281 rf Masa 1 slug = 14,59 kg (^) 1 kg = 0,6854 slug Fuerza Ilb = 4,448 N (^) 1 N = 0,2248 lb Tiempo lsec=ls ls=lsec Peso específico 1 lb/ft:' = 157,1 N/m^3 1 N/m^3 = 0,006366 lb/ft'' Densidad 1 slug/ft'' = 515,2 kg/m ' 1 kg/rn ' = 0,001941 slug/ft'' Densidad relativa Igual valor adimensional en Igual valor adimensional en ambos sistemas ambos sistemas Viscosidad dinámica 1 lb-sec/ft/ = 47,88 N.s/m^2 1 N.s/m^2 = 0,02089 lb-sec/tr' Viscosidad cinemática (^) 1 ft^2 /sec = 0,09290 m^2 /s 1 m^2 /s = 10,76 ft2/sec Presión 1 lb/ft? = 47,88 Pa 1 Pa = 0,02089 lb/ft" 1 lb/irr' = 6,895 kPa 1 kPa = 0,1450 lb/in" Tensión superficial (^) 1 lb/ft = 14,59 N/m 1 N/m = 0,06853 lb/ft
Magnitud British Engineeringal Sistema Técnico^ System BritishSistema Engineering^ Técnico al System
Longitud (^) 1 in = 0,0254 m 1 m = 39,37 in 1 ft = 0,3048 m 1 m = 3,281 rf Masa lslug = 1,4873 UTM 1 UTM = 0,6724 slug Fuerza 1 lb = 0,454 kp 1 kp = 2,2026 lb Tiempo 1 sec = 1 s ls=lsec Peso específico (^) 1 lb/ft'' = 16,019 kp/m ' 1 kp/m ' = 0,06243 lb/fr' Densidad 1 slug/ft ' = 52,5235 UTM/m^3 1 UTM/m^3 = 0,0194 slug/ft:' Densidad relativa Igual valor adimensional en Igual valor adimensional en ambos sistemas (^) ambos sistemas Viscosidad dinámica 1 lb-sec/ft/ = 4,8868 kps/rrr' 1 kps/rrr' = 0,2046 lb-sec/ft" Viscosidad cinemática 1 ft^2 /sec = 0,09290 m^2 /s 1 m^2 /s = 10,76 ft2/sec Presión 1 lb/ft'' = 4,868 kp/rrr' 1 kp/m? = 0,2046 lb/ft" 1 lb/in" = 0,0703 kp/crrr' 1 kp/crrr' = 14,22Ib/in^2 Tensión superficial 1 lb/ft = 1,4895 kp/rn 1 kp/rn = 0,6714 lb/ft
