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LIBRO DE MECÁNICA DE FLUIDOS

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  • Mecanica de fluidos

  • ECUACIONES CLAVE

    PRESION

    RELACION PESO-MASA

    MODULO DE 6U LK

    DENSIDAD

    PESO E S P tC IF IC O

    g r a v ed a d ESPECFICA

    RELACION - /

    VISCOSIDAD DINMICA

    VISCOSIDAD CINEMTICA

    PRESIN ABSOLUTA Y MANOMTRICA

    RELACIN

    PRESIN-ELEVACIN

    FUERZA RESULTANTE SOBRE

    UNA PARED RECTANGULAR

    FUERZA RESULTANTE SOBRE UN

    REA PLANA SUMERGIDA

    LOCALIZACIN DEL CENTRO

    DE PRESION

    CABEZA PIEZOMTRICA

    FUERZA DE FLOTACION

    TASA DE FLUJO VOLUMTRICO

    TASA DE FLUJO DE PESO

    TA4A Of FLUJO DE MASA

    P =

    E =

    iv = mg

    - A p

    s g =

    (A V )/V

    p = m /V

    7 = w /V

    Js Ps

    y w

  • ECUACIN DE CONTINUIDAD PARA CUALQUIER FLUIDO

    ECUACIN DE CONTINUIDAD

    PARA LQUIDOS

    ECUACIN DE BERNOULLI

    TEOREMA DE TORRICELLI

    TIEMPO REQUERIDO PARA

    DRENAR UN TANQUE

    ECUACIN GENERAL DE LA ENERGA

    POTENCIA AGREGADA A UN FLUIDO

    POR UNA BOMBA

    EFICIENCIA DE UNA BOMBA

    POTENCIA EXTRADA DE UN FLUIDO

    POR UN MOTOR

    EFICIENCIA DE UN MOTOR

    NMERO DE REYNOLDS

    SECCIONES CIRCULARES

    ECUACIN DE DARCY PARA LA

    PRDIDA DE ENERGA

    ECUACIN DE HAGEN-POISEUILLE

    FACTOR DE FRICCIN PARA

    FLUJO LAMINAR

    FACTOR DE FRICCIN PARA

    FLUJO TURBULENTO

    p i,4 j i - P2A 2V2

    A\V\ A 2V2

    p 1,.2l 'l P l

    + Zi + = 7 2 g y

    = V l g h

    2 g

    Ely

    h ~ h -2 (A,/Aj)

    V 2(Ai/2 - A^2)

    Pl+ -1 + ^ + hA - hR - hL = ~ + z2 +

    PA = hAW = hAyQ

    Potencia transmitida al fluido PA

    1v 2

    2g

    e \i =

    e.\i =

    Potencia introducida a la bomba P

    PR = hRW = hRyQ

    Potencia de salida del motor _ Pp Potencia transmitida por el fluido PR

    v D p vDn r = j =

    T) V

    L D2

    h L = f X D X Tg

    hL =

    / =

    32t]Lv y D2

    64

    N r

    / =0.25

    log +5.74

    0.93.7 (D /e) N r

    (6 -4 )

    (6 -5 )

    (6 -9 )

    (6-16)

    (6-26)

    (7 -3 )

    (7 -5 )

    (7-6 )

    (7-8)

    (7-9)

    (8-1)

    (8-3)

    (8-4)

    (8-5)

    (8-7)

    FRMULA DE HAZEN-WILLIAMS

    EN UNIDADES DEL SI

    v = 1.32 Cf, /?0 6\v0 54 (8-8)

  • " Mecnica de fluidosSexta edicin

    Robert L. MottUniversidad de Dayton

    TRADUCCIN

    Javier Enrquez BritoTraductor profesional

    REVISIN TCNICA

    Javier Len CrdenasUniversidad La Salle

    P E A R S O N

    Mxico Argentina Brasil Colombia Costa Rica Chile Ecuador Espaa Guatemala Panam Per Puerto Rico Uruguay - Venezuela

  • ___________ / Datos de catalogacin bibliogrfica

    MOTT, ROBERT L.

    MECNICA DE FLUIDOS. Sexta edicin.

    PEARSON EDUCACIN, Mxico, 2006 rea: Ingeniera ISBN: 970-26-0805-8

    Formato: 20 x 25.5 cm Pginas: 644

    Authorized translation from the English language edition, entitled Applied Fluid Mechanics by Robert L. Mott published by Pearson Education, Inc., publishinq as PRENTICE HALL INC. Copyright 2006. All rights reserved.ISBN 0131146807

    Traduccin autorizada de la edicin en idioma ingls, Applied Fluid Mechanics por Robert L. Mott, publicada por Pearson Education, Inc., publicada como PRENTICE-HALL INC Copyright 2006 Todos los derechos reservados.

    Esta edicin en espaol es la nica autorizada.

    Edicin en espaolEditor:

    Editor de desarrollo: Supervisor de produccin:

    Edicin en inglsEditor:Editorial Assistant: Production Editor:Design Coordinator:Cover Designer:Cover art:Production Manager: Director of Marketing: Marketing Manager: Marketing Coordinator:

    SEXTA EDICIN, 2006

    Pablo Miguel Guerrero Rosas e-mail: pablo.guerrero@pearsoned.com Bernardino Gutirrez Hernndez Enrique Trejo Hernndez

    Deborah Yamell ReeAnne Davies Kevin Happell Diane Ernsberger Ali Mohrman Getty Images Deidra Schwartz David Gesell Jimmy Stephens Elizalpeth Farrell

    D.R. 2006 por Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.Atlacomulco 500-5to. piso Industrial Atoto53519, Naucalpan de Jurez, Edo. de Mxico E-mail: editorial.universidades @ pearsoned.com

    Cmara Nacional de la Industria Editorial Mexicana.Reg. Nm. 1031.

    Prentice Hall es una marca registrada de Pearson Educacin de Mxico, S.A. de C.V.

    Reservados todos los derechos. Ni la totalidad ni parte de esta publicacin pueden reproducirse, registrarse o transmitirse, por un sistema de recuperacin de informacin, en ninguna forma ni por ningn medio, sea electrnico, mecnico, fotoqumico, magntico o electroptico, por fotocopia, grabacin o cualquier otro, sin permiso previo por escrito del editor.

    El prstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesin de uso de este ejemplar requerir tambin la autorizacin del editor o de sus representantes.

    ISBN: 970-26-0805-8

    Impreso en Mxico. Printed in Mxico. [I

    1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 - 09 08 07 06

    P F A R S O N

    UTOQRAHCA WGRAMEX.SA CENTENO Na 162-1 COL GRANJAS ESMERALDA 00810 MXICO, D.F.sor

  • Prefacio

    Introduccin El objetivo de este libro es presentar los principios de la mecnica de fluidos y la aplicacin de estos principios a problemas prcticos. Se hace hincapi sobre todo en las propiedades de los fluidos; la medicin de la presin, densidad y flujo; la esttica de los fluidos; el flujo en tuberas y conductos no circulares; la seleccin de bombas y su aplicacin; el flujo en canales abiertos; las fuerzas que desarrollan los fluidos en movimiento; el diseo y anlisis de ductos para calefaccin, ventilacin y aire acondicionado (CVAA); y el flujo de aire y otros gases.

    Se presentan aplicaciones en el campo de la mecnica; inclusive la distribucin de fluidos industriales y el flujo de potencia en la CVAA; en el campo de la qumica, que incluye el flujo en sistemas de procesamiento de materiales; y en reas de los campos de la ingeniera civil y ambiental, donde el objetivo principal es la capacidad de aplicar los principios de la mecnica de fluidos.

    Se espera que quienes utilicen este libro sepan lgebra, trigonometra y mecnica. Una vez asimilado el texto, el estudiante deber ser capaz de disear y analizar sistemas prcticos del flujo de fluidos y continuar su aprendizaje en el campo. Despus de este curso, los estudiantes podran emprender la lectura de otros cursos de aplicacin, como el flujo de potencia, la CVAA, e hidrulica civil. En forma alternativa, es posible emplear este libro para ensear temas selectos de mecnica de fluidos dentro de tales cursos.

    Enfoque El enfoque de este libro facilita que el estudiante se involucre en el aprendizaje de los principios de la mecnica de fluidos en seis niveles:

    1. Comprensin de los conceptos.2. Reconocimiento del enfoque lgico hacia las soluciones de los problemas.3. Capacidad de realizar los anlisis y clculos requeridos en las soluciones.4. Capacidad de criticar el diseo de un sistema dado y recomendar mejoras.5. Disear sistemas de fluidos, prcticos y eficientes.6. Empleo de enfoques asistidos por computadora, para disear y analizar sistemas de

    flujo de fluidos.

    Este enfoque de niveles mltiples ha contribuido con xito a que los estudiantes tengan confianza en su capacidad para disear y analizar sistemas de fluidos.

    Se presentan los conceptos en lenguaje claro, y se ilustran por medio de referencias a sistemas fsicos con los que seguramente est familiarizado. Para cada concepto se da la justificacin intuitiva, as como las bases matemticas. Se presentan los mtodos de solucin de problemas complejos, con procedimientos paso a paso. Se destaca la importancia de reconocer las relaciones entre lo que se sabe, lo que ha de calcularse y la seleccin del procedimiento de solucin.

    Muchos problemas prcticos de la mecnica de fluidos requieren largos procedimientos de solucin. La experiencia me ha demostrado que los estudiantes suelen tener dificultades para tener presentes los detalles de la solucin. Por esta razn, cada ejemplo de problema se resuelve con mucho detalle, incluyendo el manejo de las unidades

    v

  • vi Prefacio

    en las ecuaciones. En los ejem plos ms complejos se utiliza un formato de instruccin programada, donde se pide al estudiante que aporte un segmento corto de la solucin antes de que se le muestre el resultado correcto. Los programas son lineales donde un panel presenta un concepto, y despus otros plantean una pregunta o requieren que se ejecute cierta operacin. El panel siguiente proporciona el resultado correcto y los detalles de su obtencin. Despus contina el programa.

    Empleamos casi en igual proporcin el Sistema Internacional de Unidades (Sys- tme International dUnits, o SI) y el Sistema Ingls. En este libro, la notacin para el SI se apega a los lincamientos emitidos por el National Institute of Standards and Technology (NIST), dependiente del U.S. Department of Commerce, en su publicacin de 2001: The International System o f Units (S) (Publicacin especial 330 del NIST), editada por Barry N. Taylor.

    Solucin de problem as y diseo asistidos por com putadora

    El manejo de una hoja de clculo, M icrosoft Excel, por ejemplo. El m anejo de software de cmputo tcnico. El m anejo de software comercial para el anlisis del flujo de fluidos.

    El captulo 11, Sistemas de tuberas en serie, y el 13, Seleccin y aplicacin de bombas, incluyen ayudas en hojas de clculo de Excel para resolver problemas de anlisis y diseo de sistemas muy complejos. El CD-ROM , que se incluye con el libro, contiene todas las hojas de clculo que se requieren.

    Asimismo, en el CD-ROM encontrar versiones estudiantiles de tres poderosos program as (disponibles en el comercio en su versin completa), desarrollados por Ta- hoe Design Software, de Nevada City. California. HYDROFLO es una herrami