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Manual de hidráulica

Manual de hidráulica

Esta obra aborda una gran variedad de temas en forma breve y directamente aplicable al ejercicio de la ingenieria de obras públicas, sirviendo al mismo tiempo de libro de texto en varias Escuelas Universitarias españolas. La obra consta de tres partes: en la primera, se estudian tanto los conceptos y ecuaciones fundamentales de la estática, cinemática y dinámica de los fluidos, como el flujo en tuberías (pérdidas de carga continuas y localizadas, sifones y diversos problemas prácticos); en la segunda parte, se estudian las bombas hidráulicas, y el golpe de ariete; y en la tercera, el flujo en cauces abiertos, los desagües, los resaltos hidráulicos y las curvas de remanso.

  • Cover
  • ÍNDICE GENERAL
  • INTRODUCCIÓN
  • BIBLIOGRAFÍA GENERAL
  • CAPÍTULO 1: INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA
    • 1.1. Hidráulica: definición
    • 1.2. Magnitudes fundamentales
    • 1.3. Estado líquido
    • 1.4. Peso y masa
    • 1.5. Peso específico, densidad específica o absoluta y densidad relativa
    • 1.6. Compresibilidad
    • 1.7. Presión
    • 1.8. Viscosidad
    • 1.9. Tensión superficial. Adherencia con las paredes. Capilaridad
    • 1.10. Presión o tensión del vapor. Cavitación
  • CAPÍTULO 2: HIDROSTÁTICA
    • 2.1. Hidrostática
    • 2.2. Propiedades de la presión hidrostática: dirección e intensidad
    • 2.3. Ecuación general de la hidrostática
    • 2.4. Prensa hidráulica
    • 2.5. Vasos comunicantes
    • 2.6. Presión sobre una pared plana
      • 2.6.1. Cálculo de las presiones sobre superficies planas
      • 2.6.2. Cálculo del centro de presión
      • 2.6.3. Ejemplos: pared rectangular, vertical e inclinada
      • 2.6.4. Pared rectangular sometida a presiones hidrostáticas por ambas caras
    • 2.7. Presión sobre una superficie curva
      • 2.7.1. Fuerza horizontal sobre una superficie curva
      • 2.7.2. Fuerza vertical sobre una superficie curva
      • 2.7.3. Presión sobre una superficie cilíndrica de generatrices horizontales
      • 2.7.4. Aplicación a un canal semicircular
      • 2.7.5. Aplicación a una compuerta de segmento circular
      • 2.7.6. Aplicación a una compuerta de segmento circular sumergida
      • 2.7.7. Tubo circular sometido a la acción de presiones hidráulicas internas uniformes
    • 2.8. Principio de Arquímedes
  • CAPÍTULO 3: CINEMÁTICA
    • 3.1. Cinemática de los fluidos incompresibles
    • 3.2. Conceptos fundamentales
      • 3.2.1. Línea de corriente
      • 3.2.2. Tubo de corriente
      • 3.2.3. Filete de corriente
      • 3.2.4. Trayectoria
      • 3.2.5. Línea de traza
    • 3.3. Descripción del movimiento: Método de Lagrange y de Euler
      • 3.3.1. Método de Lagrange
      • 3.3.2. Método de Euler
    • 3.4. Tipos de flujo
      • 3.4.1. Corrientes con superficie libre o forzadas
      • 3.4.2. Régimen laminar y turbulento: número de Reynolds
      • 3.4.3. Movimiento permanente, variable, uniforme y no uniforme
      • 3.4.4. Flujo unidimensional, bidimensional y tridimensional
    • 3.5. Caudal
    • 3.6. Ecuación de continuidad en el movimiento permanente de los fluidos incompresibles
  • CAPÍTULO 4: DINÁMICA DE LOS FLUIDOS PERFECTOS
    • 4.1. Principios fundamentales. Fuerzas que actúan sobre un fluido
    • 4.2. Teorema de Bernouilli para fluidos perfectos
      • 4.2.1. Interpretación
      • 4.2.2. Ejemplos
    • 4.3. Aplicaciones
      • 4.3.1. Teorema de Torricelli
      • 4.3.2. Tiempo de vaciado de un depósito
      • 4.3.3. Medida de las presiones y velocidades en un movimiento permanente
      • 4.3.4. Medida de caudales: tubo de Venturi y de Pitot
    • 4.4. Potencia teórica de una máquina hidráulica
    • 4.5. Fuerzas hidrodinámicas: ecuación de la cantidad de movimiento o teorema del impulso en el flujo permanente
    • 4.6. Presión estática y presión dinámica
  • CAPÍTULO 5: DINÁMICA DE LOS LÍQUIDOS REALES
    • 5.1. Concepto de pérdida de carga
    • 5.2. Tipos y dimensiones físicas de las pérdidas de carga
    • 5.3. Teorema de Bernouilli generalizado
    • 5.4. Perfil hidráulico: elementos fundamentales
    • 5.5. Aplicación del Teorema de Bernouilli generalizado
    • 5.6. Suministro o absorción de energía en un sistema. Potencia real de una máquina hidráulica
  • CAPÍTULO 6: ESTUDIO DEL MOVIMIENTO TURBULENTO EN TUBERÍAS: PÉRDIDAS DE CARGA EN RÉGIMEN PERMANENTE Y UNIFORME
    • 6.1. Orígenes de la turbulencia. Movimiento medio y fluctuación en el flujo turbulento permanente
    • 6.2. Noción de capa límite y de subcapa laminar
    • 6.3. Rugosidad absoluta y relativa de las tuberías
    • 6.4. Pérdidas de carga continua en régimen turbulento permanente y uniforme
    • 6.5. Coeficiente de fricción de Darcy-Weisbach
    • 6.6. Comportamiento hidrodinámico de las tuberías: influencia de la rugosidad en la distribución de velocidades en una sección transversal
    • 6.7. Fórmulas experimentales para el coeficiente de fricción
      • 6.7.1. Experiencia de Nikuradse
      • 6.7.2. Fórmula de transición de Colebrook para tuberías comerciales
      • 6.7.3. Diagrama de Moody para tuberías comerciales
    • 6.8. Fórmulas prácticas para el cálculo de las pérdidas de carga continuas
      • 6.8.1. Fórmula para el régimen laminar
      • 6.8.2. Fórmulas logarítmicas de resistencia
      • 6.8.3. Fórmulas empíricas exponenciales monómicas
  • CAPÍTULO 7: PÉRDIDAS DE CARGA LOCALIZADAS
    • 7.1. Introducción
    • 7.2. Longitud equivalente de conducción
    • 7.3. Cálculo de pérdidas de carga localizadas
    • 7.4. Métodos aproximados para evaluar las pérdidas de carga localizadas
    • 7.5. Fórmula general para el cálculo de la pérdida de carga total en una tubería
  • CAPÍTULO 8: TUBERÍAS EQUIVALENTES
    • 8.1. Definición
    • 8.2. Tuberías simples
    • 8.3. Tuberías en serie
    • 8.4. Tuberías en paralelo
  • CAPITULO 9: SIFONES
    • 9.1. Definición
    • 9.2. Condiciones de funcionamiento
    • 9.3. Cálculo de sifones
    • 9.4. Sifones invertidos
  • CAPÍTULO 10: CORRIENTES LÍQUIDAS EN TUBERÍAS A PRESIÓN. PARTE I
    • 10.1. Generalidades
    • 10.2. Cálculo de tuberías
    • 10.3. Posición de la línea piezométrica respecto al perfil altimétrico de la tubería
    • 10.4. Representación gráfica de las pérdidas de carga en una conducción
    • 10.5. Tubería simple descargando a la atmósfera con válvula o con tobera en su extremo
    • 10.6. Conductos con toma intermedia
    • 10.7. Conducto alimentado por ambos extremos
    • 10.8. Circulación entre tres depósitos
  • CAPÍTULO 11: CORRIENTES LÍQUIDAS EN TUBERÍAS A PRESIÓN. PARTE II
    • 11.1. Tuberías con distribución uniforme y discreta de caudales
    • 11.2. Tuberías con distribución continua de caudal
    • 11.3. Confluencia de tuberías
    • 11.4. Bifurcaciones en tuberías
    • 11.5. Tuberías ramificadas
    • 11.6. Resolución de problemas de tuberías mediante el ábaco de Moody
    • 11.7. Resolución de problemas de tuberías mediante las tablas de Prandtl-Colebrook
  • CAPÍTULO 12: ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE: CÁLCULO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN
    • 12.1. Estudio de la red: datos previos
    • 12.2. Caudales de cálculo
      • 12.2.1. Dotación según el tamaño de la población
      • 12.2.2. Previsión de crecimiento
      • 12.2.3. Demanda punta
      • 12.2.4. Agua para incendios
    • 12.3. Presiones de servicio
    • 12.4. Diámetros mínimos
    • 12.5. Velocidades recomendadas en tuberías
    • 12.6. Redes de distribución
      • 12.6.1. Clases de redes
      • 12.6.2. Trazados de redes
      • 12.6.3. Accesorios de la red
      • 12.6.4. Acometidas domiciliarias
    • 12.7. Cálculo de redes ramificadas
    • 12.8. Cálculo de una red en malla: método de Hardy-Cross
  • CAPÍTULO 13: ELEVACIÓN DE LÍQUIDOS MEDIANTE BOMBAS HIDRÁULICAS
    • 13.1. Elevación de líquidos mediante bombas hidráulicas
    • 13.2. Altura manométrica de una elevación
    • 13.3. Potencias y rendimientos de la bomba y del motor de accionamiento
    • 13.4. Pérdidas de energía en una bomba: rendimientos
      • 13.4.1. Pérdidas hidráulicas
      • 13.4.2. Pérdidas volumétricas
      • 13.4.3. Pérdidas mecánicas
    • 13.5. Diámetro más rentable de una impulsión
    • 13.6. Clasificación de las bombas hidráulicas
    • 13.7. Bombas rotodinámicas o turbobombas
      • 13.7.1. Bombas centrífugas
      • 13.7.2. Bombas de hélice
      • 13.7.3. Bombas helicoidales
    • 13.8. Velocidad específica
    • 13.9. Clasificación de las bombas rotodinámicas según su velocidad específica
  • CAPÍTULO 14: CAVITACIÓN
    • 14.1. Naturaleza del fenómeno
    • 14.2. Condiciones de cavitación
    • 14.3. Altura neta disponible (NPSH[sub(d)]) y altura neta requerida (NPSH[sub(r)])
    • 14.4. Variación del NPSH con el caudal
    • 14.5. Influencia de la altitud y de la temperatura
  • CAPÍTULO 15: CURVAS CARACTERÍSTICAS
    • 15.1. Curvas características de las tuberías
    • 15.2. Características de funcionamiento de las bombas
    • 15.3. Curvas características de las bombas rotodinámicas a velocidad constante
      • 15.3.1. Curva Q-η
      • 15.3.2. Curva Q-P
      • 15.3.3. Curva Q-H
    • 15.4. Punto de funcionamiento de una bomba
    • 15.5. Curvas características a diferentes velocidades
    • 15.6. Curvas características para diferentes diámetros del rodete
    • 15.7. Asociación de formas centrífugas
      • 15.7.1. Bombas en paralelo
      • 15.7.2. Bombas en serie
    • 15.8. Impulsión con toma intermedia
    • 15.9. Impulsión con consumo en ruta
    • 15.10. Bomba elevando agua a dos depósitos situados a distintos niveles e instalados en paralelo
  • CAPÍTULO 16: TURBINAS
    • 16.1. Aprovechamiento de la energía hidráulica: saltos de agua
    • 16.2. Potencia del salto
    • 16.3. Nociones sobre turbinas hidráulicas
      • 16.3.1. Turbinas de acción (Turbinas PELTON)
      • 16.3.2. Turbinas de reacción
    • 16.4. Velocidad específica de una turbina
  • CAPÍTULO 17: CÁLCULO DEL GOLPE DE ARIETE EN TUBERÍAS DE PRESIÓN
    • 17.1. Movimiento variable de los líquidos en tuberías: golpe de ariete
    • 17.2. Cálculo de Michaud y Jouguet
    • 17.3. Golpe de ariete: descripción física del fenómeno
      • 17.3.1. Golpe de ariete en tuberías de gravedad
      • 17.3.2. Golpe de ariete en tuberías de impulsión
    • 17.4. Determinación de la celeridad
      • 17.4.1. Celeridad en tuberías simples
      • 17.4.2. Celeridad en tuberías compuestas
      • 17.4.3. Celeridad máxima
    • 17.5.Cálculo del golpe de ariete en tuberías de circulación por gravedad
      • 17.5.1. Tiempo de cierre de la válvula
      • 17.5.2. Cierre rápido (O < T < T[sub(c)])
      • 17.5.3. Cierre lento (T > T[sub(c)])
    • 17.6. Cálculo del golpe de ariete en tuberías de impulsión
      • 17.6.1. Tiempo de cese de circulación del líquido
      • 17.6.2. Impulsión corta
      • 17.6.3. Impulsión larga
    • 17.7. Prevención del golpe de ariete
      • 17.7.1. Tuberías de alimentación por gravedad a una turbina
      • 17.7.2. Tuberías de impulsión en instalaciones de bombeo
  • CAPÍTULO 18: FLUJO EN RÉGIMEN LIBRE
    • 18.1. Corrientes líquidas en canales
    • 18.2. Canales
    • 18.3. Geometría de los canales
    • 18.4. Tipos de flujos
    • 18.5. Influencia de la gravedad
  • CAPÍTULO 19: MOVIMIENTO PERMANENTE UNIFORME EN CANALES
    • 19.1. Características
    • 19.2. Ecuación general del movimiento permanente y uniforme en canales
    • 19.3. Fórmulas prácticas para la determinación de la pérdida de carga: fórmula de Manning
    • 19.4. Estudio de las secciones transversales
    • 19.5. Curvas de capacidad en secciones simples en régimen uniforme
    • 19.6. Flujo en secciones compuestas
  • CAPÍTULO 20: VELOCIDAD DEL AGUA EN LOS CANALES
    • 20.1. Distribución de la velocidad en una sección transversal
    • 20.2. Velocidades medias admisibles. Velocidad de erosión y de sedimentación
  • CAPÍTULO 21: ENERGÍA ESPECÍFICA DE UN CANAL
    • 21.1. Introducción
    • 21.2. Movimento Uniforme en un canal Rectangular
    • 21.3. Energía específica en un canal rectangular
    • 21.4. Energía específica en canales de forma cualquiera
    • 21.5. Efectos de la variación de sección en un canal rectangular en el que permanecen constantes la energía y el caudal
    • 21.6. Propiedades del calado crítico
  • CAPÍTULO 22: DESAGÜES POR ORIFICIOS, BAJO COMPUERTA Y POR VERTEDERO
    • 22.1. Introducción
    • 22.2. Desagües por orificios
      • 22.2.1. Conceptos
      • 22.2.2. Desagües por orificios simétricos sin influencia de la gravedad
      • 22.2.3. Desagües por orificios con influencia de diversos factores
    • 22.3. Desagüe bajo compuerta
    • 22.4. Vertederos
      • 22.4.1. Conceptos
      • 22.4.2. Vertederos en pared delgada
      • 22.4.3. Vertederos en perfil estricto: Perfil Creager
      • 22.4.4. Vertederos en perfil estricto: Perfiles del Bureau of Reclamation
      • 22.4.5. Vertederos en perfil estricto con compuertas
      • 22.4.6. Vertederos en pared gruesa
  • CAPÍTULO 23: RESALTO HIDRÁULICO
    • 23.1. Definición
    • 23.2. Teoría del resalto
    • 23.3. Resalto en un canal rectangular
    • 23.4. Pérdida de energía y longitud de resalto
    • 23.5. Comportamiento de un resalto según el calado de aguas abajo
  • CAPÍTULO 24: RÉGIMEN GRADUALMENTE VARIADO: CURVAS DE REMANSO
    • 24.1. Movimiento variado en un canal
    • 24.2. Estudio y tipo de curvas de remanso
      • 24.2.1. Pendiente suave Y[sub(n)] > Y[sub(c)], F < 1
      • 24.2.2. Pendiente fuerte, Y[sub(n)] < Y[sub(c)] y F > 1
      • 24.2.3. Pendiente crítica, Y[sub(n)] = Y[sub(e)]
      • 24.2.4. Pendiente horizontal
      • 24.2.5. Pendiente adversa

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