Hidrostatica e Hidrodinamica

Contenido

Apunte de hidrodinámica: Flujos incompresibles y sin rozamiento. Ecuación de Bernoulli. Flujos viscosos. Movimiento laminar y turbulento. Flujos de la capa límite. Flujos compresibles. Viscosidad

DINAMICA DE FLUIDOS O

HIDRODINAMICA

Esta rama de la mecánica de fluidos se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento; estas leyes son enormemente complejas, y aunque la hidrodinámica tiene una importancia práctica mayor que la hidrostática,sólo podemos tratar aquí algunos conceptos básicos.

Euler fue el primero en reconocer que las leyes dinámicas para los fluidos sólo pueden expresarse de forma relativamente sencilla si se supone que el fluido es incompresible e ideal, es decir, si se pueden despreciar los efectos del rozamiento y la viscosidad. Sin embargo, como esto nunca es así en el caso de los fluidos reales en movimiento, los resultados de dicho análisis sólo pueden servir como estimación para flujos en los que los efectos de la viscosidad son pequeños.

a) Flujos incompresibles y sin rozamiento

Estos flujos cumplen el llamado teorema de Bernoulli, que afirma que la energía mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas individuales de fluido. El teorema de Bernoulli implica una relación entre los efectos de la presión, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye. Este principio es importante para predecir la fuerza de sustentación de un ala en vuelo.

Ecuación de continuidad: (para flujo estacionario e incompresible, sin fuentes ni sumideros, por evaluarse a lo largo de una línea de corriente).

1) Ley de conservación de la masa en la dinámica de los fluidos:

A₁.v₁ = A₂.v₂ = constante.

Recordar que p = F/A ÞF = p.A

Flujo de volúmen: (caudal).

Φ = A .v [m ³/s]

Ecuación de Bernoulli: (principio de conservación de la energía) para flujo ideal (sin fricción).

p₁ + δ.v₁ ²/2 + δ.g.h₁ = p₂ + δ.v₂ ²/2 + δ.g.h₂ = constante

p₁/δ + v₁ ²/2 + g.h₁ = p₂/δ + v₂ ²/2 + g.h₂

p/ δ = energía de presión por unidad de masa.

g.h = energía potencial por unidad de masa.

v ²/2 = energía cinética por unidad de masa.

Ecuación de Bernoulli para flujo en reposo: v₁ = v₂ = 0

p₁ + δ.g.h₁ = p₂ + δ.g.h₂

b) Flujos viscosos: movimiento laminar y turbulento

Los primeros experimentos cuidadosamente documentados del rozamiento en flujos de baja velocidad a través de tuberías fueron realizados independientemente por Poiseuille y por Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen. El primer intento de incluir los efectos de la viscosidad en las ecuaciones matemáticas se debió a Navier e, independientemente, a Sir George Gabriel Stokes, quien perfeccionó las ecuaciones básicas para los fluidos viscosos incompresibles. Actualmente se las conoce como ecuaciones de Navier-Stokes, y son tan complejas que sólo se pueden aplicar a flujos sencillos. Uno de ellos es el de un fluido real que circula a través de una tubería recta.

El teorema de Bernoulli no se puede aplicar aquí,porque parte de la energía mecánica total se disipa como consecuencia del rozamiento viscoso, lo que provoca una caída de presión a lo largo de la tubería. Las ecuaciones sugieren que, dados una tubería y un fluido determinados, esta caída de presión debería ser proporcional a la velocidad de flujo. Los experimentos demostraron que esto sólo era cierto para velocidades bajas; para velocidades mayores, la caída de presión era más bien proporcional al cuadrado de la velocidad.

Este problema se resolvió cuando Reynolds demostró la existencia de dos tipos de flujo viscoso en tuberías. A velocidades bajas, las partículas del fluido siguen las líneas de corriente (flujo laminar), y los resultados experimentales coinciden con las predicciones analíticas. A velocidades más elevadas, surgen fluctuaciones en la velocidad del flujo, o remolinos (flujo turbulento), en una forma que ni siquiera en la actualidad se puede predecir completamente.

Reynolds también determinó que la transición del flujo laminar al turbulento era función de un único parámetro, que desde entonces se conoce como número de Reynolds. Si el número de Reynolds (que carece de dimensiones y es el producto de la velocidad, la densidad del fluido y el diámetro de la tubería dividido entre la viscosidad del fluido) es menor de 2.000, el flujo a través de la tubería es siempre laminar; cuando los valores son mayores a 3000 el flujo es turbulento. El concepto de número de Reynolds es esencial para gran parte de la moderna mecánica de fluidos.

Los flujos turbulentos no se pueden evaluar exclusivamente a partir de las predicciones calculadas, y su análisis depende de una combinación de datos experimentales y modelos matemáticos; gran parte de la investigación moderna en mecánica de fluidos está dedicada a una mejor formulación de la turbulencia. Puede observarse la transición del flujo laminar al turbulento y la complejidad del flujo turbulento cuando el humo de un cigarrillo asciende en aire muy tranquilo. Al principio, sube con un movimiento laminar a lo largo de líneas de corriente, pero al cabo de cierta distancia se hace inestable y se forma un sistema de remolinos entrelazados.

Ecuación de Bernoulli para flujo real (con fricción)

p₁/δ + v₁ ²/2 + g.h₁ = p₂/δ + v₂ ²/2 + g.h₂ + H₀

H₀ = perdida de energía por rozamiento desde 1 hasta 2.

c) Flujos de la capa límite

Los flujos pueden separarse en dos regiones principales. La región próxima a la superficie está formada por una delgada capa límite donde se concentran los efectos viscosos y en la que puede simplificarse mucho el modelo matemático. Fuera de esta capa límite, se pueden despreciar los efectos de la viscosidad, y pueden emplearse las ecuaciones matemáticas más sencillas para flujos no viscosos.

La teoría de la capa límite ha hecho posible gran parte del desarrollo de las alas de los aviones modernos y del diseño de turbinas de gas y compresores.

d) Flujos compresibles

El interés por los flujos compresibles comenzó con el desarrollo de turbinas de vapor por el británico Parsons y el sueco Laval. En esos mecanismos se descubrió por primera vez el flujo rápido de vapor a través de tubos, y la necesidad de un diseño eficiente de turbinas llevó a una mejora del análisis de los flujos compresibles. El interés por los flujos de alta velocidad sobre superficies surgió de forma temprana en los estudios de balística,donde se necesitaba comprender el movimiento de los proyectiles.

Uno de los principios básicos del flujo compresible es que la densidad de un gas cambia cuando el gas se ve sometido a grandes cambios de velocidad y presión. Al mismo tiempo, su temperatura también cambia, lo que lleva a problemas de análisis más complejos. El comportamiento de flujo de un gas compresible depende de si la velocidad de flujo es mayor o menor que la velocidad del sonido.

El sonido es la propagación de una pequeña perturbación, u onda de presión, dentro de un fluido. Para un gas, la velocidad del sonido es proporcional a la raíz cuadrada de su temperatura absoluta. La velocidad del sonido en el aire a 20 °C (293 Kelvin en la escala absoluta), es de unos 344 metros por segundo. Si la velocidad de flujo es menor que la velocidad del sonido (flujo subsónico),las ondas de presión pueden transmitirse a través de todo el fluido y así adaptar el flujo que se dirige hacia un objeto. Por tanto, el flujo subsónico que se dirige hacia el ala de un avión se ajustará con cierta distancia de antelación para fluir suavemente sobre la superficie. En el flujo supersónico, las ondas de presión no pueden viajar corriente arriba para adaptar el flujo. Por ello, el aire que se dirige hacia el ala de un avión en vuelo supersónico no está preparado para la perturbación que va a causar el ala y tiene que cambiar de dirección repentinamente en la proximidad del ala, lo que conlleva una compresión intensa u onda de choque. El ruido asociado con el paso de esta onda de choque sobre los observadores situados en tierra constituye el estampido sónico de los aviones supersónicos. Frecuentemente se identifican los flujos supersónicos por su número de Mach, que es el cociente entre la velocidad de flujo y la velocidad del sonido. Por tanto, los flujos supersónicos tienen un número de Mach superior a 1.

Viscosidad

Propiedad de un fluido que tiende a oponerse a su flujo cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos de alta viscosidad presentan una cierta resistencia a fluir; los fluidos de baja viscosidad fluyen con facilidad. La fuerza con la que una capa de fluido en movimiento arrastra consigo a las capas adyacentes de fluido determina su viscosidad, que se mide con un recipiente (viscosímetro) que tiene un orificio de tamaño conocido en el fondo. La velocidad con la que el fluido sale por el orificio es una medida de su viscosidad.

La viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y la viscosidad disminuye. En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura

 

Es muy complejo este tema pero interesante a su vez ya que se comprende mas la fuerza con la que interactua el agua en lo tubos o por ejemplo los rios o mares se hace calculo de cuan fuertes son y destructoras a su vez son entre mas temperatura exista menos viscosos son los liquidos o pesados y entre menos temperatura haya se encuentra de una manera muy diluida aunque su estado cambia a solido..

Hidrodinamica

LA HIDRODINÁMICA estudia la dinámica de fluídos no compresibles. Por extensión, dinámica de fluidos.

Ésta es la dinámica del agua: ya que el prefijo griego "hidro-" significa "agua". Aun así también incluye el estudio de la de otros fluidos. Para ello se considera entre otras cosas la velocidad, presión, flujo y gasto del fluido. Las aplicaciones de la hidrodinámica se encuentran en la ingeniería (diseño de canales, construcción de puertos, presas, en la fabricación de barcos, turbinas,etc.).

Las ecuaciones que describen la dinámica de estos fluidos son las ecuaciones de Navier-Stokes. Son la expresión matemática de la conservación de masa y de cantidad de movimiento.

En el caso de fluidos no viscosos, también llamados fluidos coloidales, se reducen a las ecuaciones de Euler. Daniel Bernoulli fue un matemático que realizó estudios de dinámica.

 

La Hidrodinamica es la que estudia el agua.y todo lo relacionado con esta, también nos enseña a medir; masa volumen y peso, principalmente utilizadas en la construcción de tuberías, canales, etc.

Hidrostatica

"Las fuerzas. hidrostática"

EFECTOS DE LA PRESIÓN EN EL FONDO DEL MAR  

El peso del aire nos pasa inadvertido porque, como cualquier otro fluido, el aire ejerce su presión en todas direcciones. La sangre en nuestras venas, el aire en nuestros pulmones, los fluidos de nuestros cuerpos están a presión HIDROSTATICA Ejercen una presión hacia afuera igual a la que la atmósfera ejerce hacia adentro.

. Por esta razón, un hombre sin protección alguna tiene limitada su inmersión, aunque esté equipado con un tanque de oxígeno. Por otro lado, existen formas de vida adaptadas a los más profundos abismos del océano, donde la presión hidrostática es de más de 1.000 atmósferas. Esos seres están balanceados con su entorno y se mueven con la misma indiferencia con que nosotros “buceamos” en el océano del aire.

Cuando el buzo se sumerge sin protección rígida, debe respirar aire a la misma presión que la del entorno. El tanque de aire comprimido que carga en la espalda tiene un regulador que permlle que el aire inhalado cumpla con este requisito. Desde que se ha empezado a utilizar el aire comprimido se sabe que la exposición a grandes presiones puede dañar o matar; gradualmente se ha comenzado a entender los mecanismos subyacentes en tales afecciones.

A fines del siglo XIX comenzaron a usarse unas cabinas especiales presurizadas durante la construcción de los cimientos de los puentes, bajo agua. Cuando los obreros eran sometidos a descompresión, desarrollaban una serie de afecciones que iban desde dolores en las articulaciones, entumecimientos, parálisis, hasta incluso la muerte. En este siglo, el grupo de riesgo se ha extendido a buzos, obreros en cabinas pilotos de aviones volando a grandes alturas y astronautas. Cuando un buzo novato retiene el aire mientras sube muy ligero, puede sufrir embolia gaseosa. Se produce porque la presión del entorno disminuye rápidamente, entonces el gas sin escape de los pulmones se expande. El pulmón se rasga y el aire escapa a la sangre.

Por los circuitos arteriales las burbujas pueden llegar al cerebro y provocar parálisis o muerte. La enfermedad de la descompresión propiamente dicha es la consecuencia de formación de burbujas en los tejidos. El gas que lo provoca (nitrógeno, por lo general) entra al cuerpo por los pulmones en una inmersión, y la alta presión hace que se disuelva en la sangre. La circulación lo lleva hasta los capilares donde se difunde en los tejidos. Esta difusión es más rápida en la médula espinal y en el cerebro (porque están más irrigados), yen los músculos calientes y activos.

Una manera de prevenir la enfermedad consiste en un ascenso lento, a razón de 9 metros por minuto, o con paradas de seguridad regulares. Otra, es la aspiración de mayor concentración de oxígeno; se venden tubos con aire con una concentración de 32% de oxígeno (en lugar del 21% normal). Los buzos aficionados pueden bucear hasta una profundidad de 39 metros con un tubo de aire comprimido común y sin necesitar de una descompresión por etapas mientras suben. Pero son muchos los buzos que mejorando su equipo, y aumentando el riesgo, prefieren incursionar en lo más profundo para poder encontrarse con restos de naufragios, túneles y oscuras cavernas, entre otras maravillas.

Ultimamente se han experimentado diferentes mezclas de gases para evitar que las altas presiones resulten nocivas para el organismo. En 1993, una inmersión simulada (en una cabina presurizada especial) alcanzó el récord de 701 metros de profundidad. Estas experiencias límite requieren de siete días de compresión progresiva y de treinta días de descompresión. El conocimiento de la fisiología de la enfermedad puede incorporarse a modelos matemáticos que indican probabilísticamente los riesgos de las inmersiones acuáticas. Para desarrollar dichos modelos se ha recogido información de cientos de inmersiones por medio de computadoras que llevan los buzos entre su equipo.

Estas computadoras registran la profundidad de manera precisa y continuamente actualizas cálculos de nitrógeno en los tejidos, transfiriendo la información a computadoras en la superficie. El desafío de las próximas décadas es el perfeccionamiento de los modelos para que extiendan su cobertura y minimicen los riesgos. Ya se ha pagado bastante caro la información de cómo el cuerpo del hombre responde a las fuerzas para las que no está diseñado cuando traspasa sus limites hacia el espacio exterior o hacia las profundidades oceánicas

CONCLUCION

Es decir, estamos en equilibrio con nuestro ambiente. Si nos sumergimos en agua, la presión externa crece rápidamente con la profundidad y no puede ser equiparada desde adentro sin dañar nuestros tejidos

 

 

 

Hidrostatica e Hidrodinamica

INTRODUCCIÓN

Desde el punto de vista macroscópico, se acostumbra clasificar la materia, en sólidos y fluidos. Un fluido, es una sustancia que puede fluir, de tal forma que el término fluido incluye a los líquidos y los gases. Aun la distinción entre un líquido y un gas no es tajante, en virtud de que, cambiando en forma adecuada la presión y la temperatura resulta posible transformar un líquido en un gas o viceversa; durante el proceso la densidad, la viscosidad y otras propiedades cambian de manera continua.

En un sentido estricto, se puede considerar un fluido como un conjunto de moléculas distribuidas al azar que se mantienen unidas a través de fuerzas cohesivas débiles y las fuerzas ejercidas por las paredes del recipiente que lo contiene. La rama de la física que estudia los fluidos, recibe el nombre de mecánica de los fluidos, la cual a su vez tiene dos vertientes: hidrostática, que orienta su atención a los fluidos en reposo; e hidrodinámica, la cual envuelve los fluidos en movimiento.

En este material instruccional, se describirá brevemente algunas propiedades de los fluidos: densidad, peso específico, volumen específico entre otras; nuevos principios físicos serán presentados para explicar efectos como la fuerza de flotación (boyantez) sobre un objeto sumergido. Deduciremos una expresión para la presión ejercida por un fluido en reposo como una función de la densidad y profundidad; con ello, nos introduciremos al campo de la manometría.

Al estudiar los fluidos en movimientos, se presentará la ecuación de continuidad, examináremos y aplicaremos el Principio de Bernoulli en la resolución de problemas que involucren fluidos en movimiento. Se dará una introducción al concepto de pérdidas hidráulicas en tuberías y su relación con la Ley de Conservación de la Energía Mecánica descrita en el Módulo III de Física I. Al final, se ofrecerá una recopilación de algunos problemas que han formado parte de las evaluaciones de cohortes precedentes.

OBJETIVO GENERAL

Al término de éste módulo, el estudiante tendrá la habilidad y pericia necesaria para aplicar los conceptos básicos de hidrostática e hidrodinámica a problemas prácticos que involucren fluidos newtonianos.

CONTENIDOS

1. Propiedades físicas de los fluidos: densidad, peso específico, volumen específico, viscosidad y gravedad específica.
2. Principio fundamental de la hidrostática.
3. Principio de Arquímedes (Boyantez).
4. Principio de Pascal (Prensa hidráulica).
5. Fuerzas ejercidas sobre superficies planas sumergidas: fuerza de presión.
6. Momento de inercia: centro de presión.
7. Ecuación de continuidad.
8. Régimen de flujo: laminar, transición y turbulento.
9. Teorema de Bernoulli y Teorema de Torricelli.

CONOCIMIENTOS PREVIOS

1. Cálculo integral: aplicaciones de integrales definidas con condiciones iniciales.
2. Cálculo integral: área debajo de una curva.
3. Trigonometría plana: resolución de triángulos.
4. Funciones matemáticas: graficación.

DESARROLLO TEÓRICO

1.1 ¿Qué es la hidrostática?

La hidrostática es una rama de la física que se encarga del estudio de los fluidos carentes de movimiento.

1.2 Propiedades de los fluidos.

Densidad: Es la masa contenida en una unidad de volumen de una sustancia (masa por unidad de volumen). Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es: (1)

Donde

: densidad de la sustancia, Kg/m3

m: masa de la sustancia, Kg

V: volumen de la sustancia, m3

En el caso de sustancias no homogéneas se usa las siguientes fórmulas:

Densidad en un punto: (2)

Densidad promedia: (3)

Las unidades en las cuales se suele expresar la densidad son: Kg/m3, Kg/dm3, gr/cm3 y lb/pie3

La densidad de una sustancia varía con la temperatura y la presión; al resolver cualquier problema debe considerarse la temperatura y la presión a la que se encuentra el fluido.

El agua posee una densidad absoluta a 4 º C y una atmósfera de presión igual a 999,997 Kg/m3 o 62,244 lb/pie3

Tabla 1. Variación de algunas propiedades físicas del agua con la temperatura.

Temperatura (ºC)	Peso específico (KN/m3)	Densidad (Kg/m3)
0	9,805	999,8
5	9,807	1.000
10	9,804	999,7
15	9,798	999,1
20	9,789	998,2
25	9,777	997,0
30	9,764	995,7
40	9,730	992,2
50	9,689	988,0
60	9,642	983,2
70	9,589	977,8
80	9,530	971,8
90	9,466	965,3
100	9,399	958,4

Nota: los valores se dan a presión atmosférica.

Por lo general, se suele conocer la gravedad específica del fluido, no su densidad absoluta. La gravedad específica se define como la relación entre el peso de una sustancia y el de un volumen igual de agua en condiciones estándar (4 º C, 1 atm). La gravedad específica se conoce también como densidad relativa o peso específico relativo, se representa con la letra "s"

(4)

Donde:

Wo: peso de un volumen igual al volumen de la sustancia de agua a 4 ºC y 1 atmósfera

: peso específico del agua a 4 º C y 1 atmósfera; = 9806,26 N/m3 = 62,244 lb/pie3

: densidad del agua a 4 º C y 1 atmósfera; = 999,997 Kg/m3 = 62,244 lb/pie3

Es importante señalar que la gravedad específica es adimensional.

Peso específico: Peso por unidad de volumen de una sustancia.

Cuando se trata de una sustancia homogénea, la expresión para su cálculo es: ; en el caso de sustancias no homogéneas se usa las siguientes fórmulas:

Peso específico en un punto: (5)

Peso específico promedia: (6)

Las unidades en las cuales se suele expresar son: N/m3, Kgf/m3, dina/cm3 y lbf/pie3

Viscosidad dinámica o absoluta o newtoniana o coeficiente de viscosidad (): Es la medida de la resistencia de un fluido a ser deformado por esfuerzos cortantes

(7)

Donde:

: esfuerzo cortante aplicado, N/m2

: rapidez de deformación angular producida, Rad/s

Las unidades usuales son: N.s/m2(Pa.s), dina.s/cm2(poise), Kgm/m.s, lbf.s/pie2

Viscosidad cinemática o relativa (): Es la medida de la resistencia de un fluido a ser deformado por esfuerzos cortantes.

(8)

Unidades usuales: m2/s, cm2/s(stoke), pie2/s

Existen muchas más propiedades físicas como: volumen específico, presión de vapor, tensión superficial y el módulo de elasticidad volumétrico las cuales se abordarán con mayor profundidad en subproyectos ulteriores.

1.3 Presión hidrostática.

Presión en mecánica, es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas perpendicularmente a dicha superficie.

La presión suele medirse en atmósferas (atm); en el Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en Newton por metro cuadrado; un Newton por metro cuadrado es un pascal (Pa). La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio o 14,70 lbf/pulg2 (denominada psi).

(9)

Donde:

P: presión ejercida sobre la superficie, N/m2

F: fuerza perpendicular a la superficie, N

A: área de la superficie donde se aplica la fuerza, m2

La mayoría de los medidores de presión, o manómetros, miden la diferencia entre la presión de un fluido y la presión atmosférica local. Para pequeñas diferencias de presión se emplea un manómetro que consiste en un tubo en forma de U con un extremo conectado al recipiente que contiene el fluido y el otro extremo abierto a la atmósfera. El tubo contiene un líquido, como agua, aceite o mercurio, y la diferencia entre los niveles del líquido en ambas ramas indica la diferencia entre la presión del recipiente y la presión atmosférica local.

Para diferencias de presión mayores se utiliza el manómetro de Bourdon, llamado así en honor al inventor francés Eugène Bourdon. Este manómetro está formado por un tubo hueco de sección ovalada curvado en forma de gancho. Los manómetros empleados para registrar fluctuaciones rápidas de presión suelen utilizar sensores piezoeléctricos o electrostáticos que proporcionan una respuesta instantánea.

Como la mayoría de los manómetros miden la diferencia entre la presión del fluido y la presión atmosférica local, hay que sumar ésta última al valor indicado por el manómetro para hallar la presión absoluta. Una lectura negativa del manómetro corresponde a un vacío parcial.

Las presiones bajas en un gas (hasta unos 10-6 mm de mercurio de presión absoluta) pueden medirse con el llamado dispositivo de McLeod, que toma un volumen conocido del gas cuya presión se desea medir, lo comprime a temperatura constante hasta un volumen mucho menor y mide su presión directamente con un manómetro. La presión desconocida puede calcularse a partir de la ley de Boyle-Mariotte. Para presiones aún más bajas se emplean distintos métodos basados en la radiación, la ionización o los efectos moleculares.

1.4 Principio fundamental de la hidrostática.

La diferencia de presión entre dos puntos de un mismo líquido es igual al producto del peso específico del líquido por la diferencia de niveles

P2 - P1 = . (h2 - h1) (10)

Donde:

P2, P1: presión hidrostática en los puntos 2 y 1 respectivamente, N/m2

h2, h1: profundidad a la que se encuentran los puntos 2 y 1 respectivamente, m

: peso específico del fluido, N/m3

1.5 Principio de Pascal.

Toda presión ejercida sobre la superficie libre de un líquido en reposo se transmite íntegramente y con la misma intensidad a todos los puntos de la masa líquida y de las paredes del recipiente.

1.6 Principio de Arquímedes (Boyantez).

Todo cuerpo sumergido en un líquido, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del líquido desalojado.

E = . V (11)

Donde:

E: empuje hidrostático, N

: peso específico del fluido, N/m3

V: volumen de fluido desalojado por el cuerpo, m3

El concepto de "peso aparente" se refiere al "peso supuesto" que posee un cuerpo que se encuentra sumergido en un fluido.

Pa = W – E (12)

Donde:

Pa: peso aparente, N

W: peso real del cuerpo, N

E: empuje hidrostático que recibe el cuerpo

1.7 Momento de Inercia.

El momento de inercia es la resistencia que un cuerpo en rotación opone al cambio de su velocidad de giro. A veces se denomina inercia rotacional. El momento de inercia desempeña en la rotación un papel equivalente al de la masa en el movimiento lineal.

Por ejemplo, si una catapulta lanza una piedra pequeña y una grande aplicando la misma fuerza a cada una, la piedra pequeña se acelerará mucho más que la grande. De modo similar, si se aplica un mismo par de fuerzas a una rueda con un momento de inercia pequeño y a otra con un momento de inercia grande, la velocidad de giro de la primera rueda aumentará mucho más rápidamente que la de la segunda.

El momento de inercia de un objeto depende de su masa y de la distancia de la masa al eje de rotación. Por ejemplo, un volante de 1 kg con la mayoría de su masa cercana al eje tendrá un momento de inercia menor que otro volante de 1 kg con la mayoría de la masa cercana al borde exterior.

El momento de inercia de un cuerpo no es una cantidad única y fija (Tabla 2). Si se rota el objeto en torno a un eje distinto, en general tendrá un momento de inercia diferente, puesto que la distribución de su masa con relación al nuevo eje es normalmente distinta.

Las leyes del movimiento de los objetos en rotación son equivalentes a las leyes del movimiento de los objetos que se mueven linealmente (el momento de inercia sustituye a la masa, la velocidad angular a la velocidad lineal)

El elemento de inercia de un elemento de área respecto a un eje en su plano está dado por el producto del área del elemento y el cuadrado de la distancia entre el elemento y el eje. En la Figura 1, el momento de inercia dIx del elemento respecto al eje x es:

(13)

Donde:

dIx: momento de inercia respecto del eje X.

y: distancia desde el eje x al diferencial de área.

dA: diferencial de área.

Figura 1. Un diferencial de área ubicado a una distancia x con respecto al eje y, y una distancia y respecto al eje x

Respecto al eje y, el momento de inercia es:

(14)

Donde:

dIy: momento de inercia respecto del eje Y.

x: distancia desde el eje y al diferencial de área.

dA: diferencial de área.

El momento de inercia de un área finita respecto a un eje en su plano es la suma de los momentos de inercia respecto de ese eje de todos los elementos de área contenidos en él. También se halla, frecuentemente, por medio de una integral. Si se representa por Ix este momento de inercia, tenemos:

(15)

(16)

Las unidades del momento de inercia son la cuarta potencia de una longitud; por ejemplo: cm4, m4

Es importante para el cálculo de momento de inercia en una figura plana conocer el Teorema de los ejes paralelos; el cual dice que el momento de inercia de una superficie respecto a un eje cualquiera es igual al momento de inercia respecto a un eje paralelo que pasa por el centro de gravedad, más el producto del área por el cuadrado de la distancia entre los dos ejes. Para la superficie de la Figura 2, los ejes xG e yG pasan por el centro de gravedad y los x e y son paralelos a ellos y están situados a las distancias x1 e y1. Sea A el área de la figura, IxG e IyG los momentos de inercia respecto a los ejes del centro de gravedad e Ix, Iy los correspondientes a los ejes x e y tenemos que:

Figura 2. Una figura plana cuyo centro de gravedad se encuentra a una distancia x1 del eje y, y una distancia y1 del eje x.

(17)

(18)

Tabla 2. Momentos de inercias más comunes.

Forma de la compuerta	Momento de inercia referido al centroide
Rectangular	b: ancho, h: alto
Cuadrada	b: lado
Circular	r: radio

1.8 Presión sobre superficies planas.

La presión en el seno de un líquido en reposo se ejerce siempre normalmente a la superficie, de tal modo que si tuviéramos un vaso que contiene un líquido y hacemos orificios en varios puntos del vaso, el líquido saldría en chorros cuyas direcciones son normales a las paredes (durante un corto trayecto por supuesto) en los puntos de salida (Figura 3).

Figura 3. Depósito cónico al cual se la realizado diferentes perforaciones.

Supongamos que una superficie rectangular sumergida en el seno de un líquido, y a la que pondremos en diferentes posiciones con respecto a la superficie libre del líquido.

Figura 4. Superficie plana colocada paralela con respecto a la superficie libre.

Primero la supondremos paralela a la superficie libre, sumergida a una profundidad h. La presión en todos los puntos de esa superficie es la misma, es decir, es uniforme. Para calcular el valor de la presión es necesario conocer la profundidad h y el peso especifico del líquido. Llamando A a un punto cualquiera de la superficie en cuestión, tenemos:

PA = . h (19)

Para calcular la fuerza que obra sobre toda la superficie S (empuje del líquido sobre la superficie), que llamaremos F, tenemos:

F = . h . S (20)

En la expresión anterior S es la superficie y debe tenerse cuidado de no confundir el empuje con la presión. Si la presión es uniforme sobre una superficie determinada, la resultante de las fuerzas que se están ejerciendo sobre cada punto es el empuje o fuerza total y pasa por el centro de gravedad de la superficie.

F se interpreta diciendo que "cuando la presión es uniforme sobre una superficie plana, el empuje tiene un valor igual a la intensidad de la presión en cualquier punto, multiplicado por la superficie". El empuje queda representado por un vector normal a la superficie, que pasa por el centro de gravedad de ésta.

Consideremos ahora una superficie pero inclinada con respecto a la superficie libre del líquido. Aquí la presión no es uniforme en todos los puntos de la superficie, sino que va variando siendo menor en A y aumentando hasta B (Figura 5).

Figura 5. Distribución de las fuerzas debida a una columna de líquido en una superficie plana inclinada

El empuje debe ser normal a la superficie y ya no pasa por el centro de gravedad de ésta sino más abajo porque la resultante del sistema de fuerzas paralelas formado por las distintas presiones estará cerca de las fuerzas de mayor intensidad. El punto por donde pasa el empuje que el líquido ejerce sobre la superficie se llama "centro de presión".

Para que quede determinado el empuje es necesario determinar primero su intensidad y enseguida la localización del centro de presión.

En la Figura 6 se muestran las proyecciones de cualquier superficie plana AB sujeta a la presión estática de un líquido con superficie libre. La superficie AB hace un ángulo cualquiera con la horizontal; prolongado el plano de esa superficie, intercepta la superficie libre del líquido según una recta XX’ mostrada como un punto M en (a).

Figura 6. Superficie plana sumergida en el seno de un líquido

Supongamos que una faja elemental de la superficie tomada paralelamente al eje XX’. La presión sobre esta faja es uniforme y a su empuje podemos llamar dF. La resultante de las dF es una fuerza que ya dijimos, cae en el centro de presión; se tiene:

(21)

(22)

La superficie plana en su intersección con la superficie libre da una línea que es interesante considerar:

(23)

por sustitución, nos queda...

(24)

por cierto, que es el momento estático de la superficie S con respecto al eje XX’, por lo tanto:

(25)

por sustitución, nos queda...

(26)

pero como;; por lo que al sustituir...

(27)

"El empuje o fuerza de presión sobre la superficie plana, tiene por valor el producto de la presión en el centro de gravedad por la superficie considerada", o sea:

(28)

Donde:

: peso específico del fluido en el que se encuentra sumergido la superficie libre.

: profundidad a la que se encuentra el centro de gravedad de la superficie libre.

A: área de la compuerta

La distancia del centro de gravedad de la superficie al centro de presión se calcula:

(29)

Donde:

Ic : momento de inercia de la superficie respecto al centroide

yc: distancia desde el centro de gravedad a la superficie libre en la dirección de inclinación de la compuerta

A: área total de la superficie sumergida

1.9 ¿Qué es la hidrodinámica?

Es la rama de la física que se encarga del estudio de los fluidos animados de movimiento.

1.10 Gasto volumétrico y la ecuación de continuidad.

El gasto volumétrico o caudal es el volumen de agua que pasa a través de una sección de tubería por unidad de tiempo. Se expresa en m3/s, Lt/s, Pie3/s dependiendo del sistema de unidades en que se trabaje.

(30)

Donde:

Q: gasto volumétrico, m3/s

v: velocidad promedia del fluido en la sección transversal de estudio, m/s

A: superficie de la sección transversal, m2

t: tiempo en que circula en volumen V a través de la sección de estudio, s

V: volumen que atraviesa la sección transversal, m3

Cuando el gasto es igual en todas las secciones de un conducto, se dice que el régimen del escurrimiento es permanente.

Cuando el régimen es permanente y el conducto tiene diámetro variable, la velocidad es diferente en cada sección e inversamente proporcional a ella, de tal manera que:

(31)

La anterior expresión se conoce como "Ecuación de continuidad"

1.11 Teorema de Bernoulli.

A medida que un fluido se mueve por un tubo de sección transversal y altura variable, la presión cambia a lo largo del mismo. En 1738, el físico suizo Daniel Bernoulli dedujo por vez primera una expresión que relaciona la presión con la velocidad y elevación del fluido.

Figura 7. El fluido en la sección de longitud Δx1 se mueve en la sección de longitud Δx2. Los volúmenes de fluidos en las dos secciones son iguales.

1.12 Número de Reynolds y los regimenes de flujo.

El número de Reynolds es un número adimensional que se utiliza en la mecánica de fluidos para estudiar el movimiento de un fluido en el interior de una tubería, o alrededor de un obstáculo sólido. Se representa por R. El número de Reynolds puede ser calculado para cada conducción recorrida por un determinado fluido y es el producto de la velocidad, la densidad del fluido y el diámetro de la tubería dividido entre la viscosidad del fluido.

Para un mismo valor de este número el flujo posee idénticas características cualquiera que sea la tubería o el fluido que circule por ella. Si R es menor de 2.100 el flujo a través de la tubería es siempre laminar; cuando los valores son superiores a 2.100 el flujo es turbulento.

De acuerdo con la expresión del número de Reynolds, cuanto más elevada sea la viscosidad de un fluido mayor podrá ser el diámetro de la tubería sin que el flujo deje de ser laminar, puesto que las densidades de los líquidos son casi todas del mismo orden de magnitud. Por este motivo los oleoductos, en régimen laminar, pueden tener secciones superiores a las conducciones de agua, ya que la viscosidad de los fluidos que circulan por aquéllos es mayor que la del agua.

(38)

Donde:

NRe: Número de Reynold, adimensional

V: velocidad media del fluido, m/s

p: densidad media del fluido, Kg/m3

D: diámetro interno de la tubería, m

m: viscosidad absoluta del fluido, N.s/m2

 

 

 

COMENTARIOS

MECANICA DE FLUIDOS

Un fluido es un lìquido o un gas. La caracterìstica principal de un fluido es su incapacidad para resistir fuerzas cortantes.

En mècanica de fluidos se estudia el comportamiento de lìquidos y gases, especialmente los lìquidos , en dos condiciones :

1.      Liquidos en Reposo : Hidrostática

2.      Lìquidos en Movimiento : Hidrodinámica

comentarios

Agrego el comentario de mi trabajo que recien envie, solo que se me paso agregarlo en el mismo.

Es cierto que hay muchas cosas que ocurren y existen en nuestro planeta y en nuestra vida que desconocemos, cosas cotidianas como la hidrostatica e hidrodinamica que claro esta aclarar no comprendi mucho, solo necesito adentrarme un poco o incluso disponer de mas tiempo para hacerlo.

HIDROSTATICA E HIDRODINAMICA

Las ondas y las olas

El viento proporciona al mar la energía necesaria para desarrollar las olas y las ondas. Estas últimas son ondulaciones que se aprecian en la superficie del mar, aun cuando el viento sopla débilmente, y se caracterizan por aparecer en grupos durante un período de tiempo. La energía contenida en las ondas puede ser subdividida en potencial y mecánica. A causa de la primera, el nivel del mar se deforma, y debido a la segunda se establece un movimiento longitudinal. Las ondas marinas surgen sólo en determinadas zonas del planeta. Una de estas, el área que encierra a las islas Azores, es también un centro de bajas presiones que influyen en el clima del Atlántico y pueden generar grandes olas dependiendo de la velocidad del viento.

Al menos, por medio de materiales fílmicos, hemos podido apreciar la potencia de las olas bajo la influencia de los huracanes pero esta no es prácticamente aprovechable. Las olas se forman por la acción del viento, después crecen y se entremezclan en el mar. Se ha calculado que una ola inicial de 150 m de longitud, tarda 30 h en ir de las islas Azores a Marruecos. La altura de las olas es variable con los océanos. Las olas más altas observadas en el Atlántico no rebasan los 20 m. En el Mediterráneo no exceden los 8 m , mientras que en el océano antártico se producen olas hasta de 30 m.

 

Existen además los tsunamis (tsu, puerto; nami, ola), que son olas de 1 m de altura, pero de gran longitud de onda, que llegan a la costa en forma de marejada y provocan destrucciones. La altura de las olas se puede determinar utilizando varios métodos: por estereofotografía del mar,mediante un radar de microondas conectado a un satélite, y con una boya que tenga instalado un sensor de presión hidrostática y un transmisor. Este parámetro es fundamental en el cálculo de la potencia generada por las olas.

 

El hombre en su afán por aprovechar la energía del oleaje ha creado diferentes dispositivos. Los procesos de las olas que permiten convertir su energía en electricidad, son: la variación del nivel del agua, las oscilaciones longitudinales de estas, la variación de la inclinación de la superficie libre, la variación de las presiones hidrodinámica e hidrostática y las fuerzas de inercia. En los convertidores de energía empleados para esto, se verifican los siguientes efectos y métodos: efecto piezoeléctrico, las oscilaciones forzadas y los métodos neumáticos e hidráulicos.

El aprovechamiento de las olas data de finales del siglo xvi. Se recoge en la literatura que uno de los primeros dispositivos empleados para el aprovechamiento de las olas fue ideado por los hermanos Gerard, de origen francés, que consistió en recuperar y almacenar el agua de mar a determinada altura y este se utilizó posteriormente en numerosas villas de Inglaterra. En las primeras décadas del siglo xix el ingeniero M. Fursenot puso en práctica en las costas de Argelia un dispositivo que transformaba las oscilaciones de las olas empleando un juego de levas y engranajes. En 1899, en Ocean Grove a 110 km al sur de Nueva York, se construyó una instalación que utilizaba la energía de las olas por medio de una placa receptora, que al estar unida a los vástagos de unas bombas elevaba el agua a un grupo de tanques elevados. En 1931, se aprovecharon las olas para bombear agua al acuario del Museo Oceanográfico de Mónaco, con un aparato que trabajó durante diez años, y resultó destruido por el propio efecto de las olas. En las costas de Mónaco también se utilizó en 1934 un proyecto que empleaba un rotor savonious para el bombeo de agua.

Crisis energética y energía del mar

El decremento del petróleo en los años setenta provocó que el uso de la energía del mar fuera más tentativo. Se presentaron cuatro proyectos que fueron analizados por el departamento de energía del Gobierno inglés, y entre 1976 y 1981 se asignaron trece millones de libras esterlinas para las investigaciones en esta esfera. El ingeniero Stephen Salter, de la Universidad de Edinburgo, presentó un proyecto conocido como el «pato» de Salter, en 1973. Este es un tipo de estructura cuya sección transversal tiene forma de leva, asemejándose a un pato flotando en el agua. La zona de mayor diámetro permanece dentro del agua, opera como pivote frente al embate del mar y en ella se ubica un grupo de bombas que impulsan el agua a máquinas hidráulicas que están unidas a generadores eléctricos.

 

Este diseño implica el uso de un grupo de estos patos, que se articulan por medio de una espina dorsal apoyada en sus extremos en grandes boyas, y se fijan al fondo del mar. Este eje se construyó con 15 m de diámetro para soportar la potencia máxima de las olas, pese a ello su resistencia y estabilidad fueron cuestionadas por ser su principal defecto. En las referencias consultadas no se exponen los materiales empleados en su construcción, pero se plantea que ubicados en posición paralela al oleaje puede aprovechar hasta 90 % de las olas.

En Southampton, a 800 km de Edinburgo, al sur de Inglaterra, un equipo dirigido por Cristopher Cockerell trabajó en el diseño de un tipo de "balsa" capaz de aprovechar el movimiento de las olas. La balsa debe adoptar el nivel del mar y a la vez ejecutar sus funciones, por lo que para ello el diseño fue concebido por módulos. Al principio se proyectó formar una balsa con siete partes, pero en la práctica se construyeron de tres y dos partes articuladas, logrando mayor estabilidad. El movimiento de la balsa provoca la acción de émbolos, que posibilitan bombear el líquido a la máquina hidráulica que está acoplada a un generador eléctrico.

En 1974, Cockerell creó la sociedad Wave Power Limited para la comercialización de estos trabajos. Se instalaron prototipos cerca de la isla Wight, al sur de Inglaterra, hasta llegar a instalar una balsa de 50 m de ancho y 100 m de longitud en las costas de Escocia, que entregaba una potencia de 2 MW ocupando un área de 0,005 km² y con un frente de ola de 100 m. De manera que 100 MW de potencia se pueden producir con un frente de ola de 5 km y con un área de equipamiento de 0,25 km².

 

Aproximadamente esta es el área que ocupa una termoeléctrica que consumiendo fuel oil produce la misma potencia. Otro proyecto británico se llevó a cabo en el National Engineering Laboratory, situado en Glasgow. Se basa en el perfeccionamiento de un dispositivo ideado por el ingeniero japonés Ioshio Masuda, denominado por los ingleses "columna de agua oscilante", que consiste en un recipiente que tiene dos compartimentos o vasos que se inundan con el agua de mar. Cuando pasa la ola, el nivel del agua se incrementa comprimiendo el aire de la parte superior del vaso que alcanza una velocidad de hasta 100 m/s, para posteriormente pasar a través de una turbina acoplada a un generador eléctrico, cuando el nivel baja se hace vacío y se aspira aire del exterior que circula a través de dicha turbina realizando el mismo efecto.

Los trabajos de los investigadores ingleses no pasaron de prototipos; sin embargo, el equipo de Masuda puso en práctica en Japón un dispositivo denominado "Kamiei" montado en una barcaza de 80 m de longitud y 12 m de ancho con orificios en su parte inferior, ubicada en las costas del Japón, que producía 1,3 MW. En el año 1977, un primer navío japonés de 400 m de longitud utilizó el sistema para producir electricidad.

En Oxford, un equipo de trabajo dirigido por Robert Russel de un laboratorio de investigaciones hidráulicas creó un sistema de aprovechamiento de la energía de las olas denominado "rectificador". Es una construcción amplia expuesta a la costa e internamente separada en dos partes. Cuando la ola llega al equipo pasa a través de válvulas al reservorio superior, donde permanece hasta que se deja trasegar hacia la parte inferior y en su recorrido acciona una turbina hidráulica que está coaxialmente unida a un generador eléctrico.

En la actualidad han sido más avanzados los proyectos de Salter y Cockerell. Según el propio Salter, 1 kW producido con una instalación marina cuesta diez veces más que si se produce mediante una central térmica de petróleo. Aunque los costos han decrecido, el criterio de los especialistas, en la actualidad, es que una planta que opere con la energía de las olas, de 10 MW de potencia, cuesta diez millones de dólares. En nuestros días, el costo de instalación de una planta termoeléctrica de 30 MW que funciona a partir de fuel oil es de un millón de dólares por megawatt. Entonces el costo de una unidad de 30 MW asciende a treinta millones de dólares, y es el mismo que el de una planta que produce 10 MW a partir de la energía de las olas del mar. Es decir, hoy el costo de una instalación marina de este tipo es tres veces más costosa que por la vía convencional.

 

En 1977, en la Real Universidad de Irlanda del Norte, Allan A. Wells y Wittaker construyeron una boya que convertía la energía de las olas en energía eléctrica utilizando convertidores neumáticos de 45 kW de potencia. El convertidor se sujetó a una boya de 4 m de diámetro y pese a su flotabilidad el equipo trabajó durante un año, ya que sufrió importantes averías a causa de una tormenta. Actualmente, existen cientos de boyas de navegación que emplean convertidores neumáticos con potencia entre 2 y 30 W.

El ariete hidráulico, inventado por el francés Montgolfier, también se ha utilizado para transformar la energía de las olas. Una instalación que producía hasta 10 kW fue construida antes de 1917 en el Mar Negro, y a causa de la guerra hoy no se cuenta con la instalación ni con sus planos. En la isla Mauricio, en el Océano Índico, se usa el ariete para bombear agua a un tanque elevado y de ahí circula por una turbina hidráulica acoplada a un generador de 18 MW. Se reportan otras instalaciones en Noruega y en las costas de California.

 

Investigaciones más avanzadas se realizaron durante 20 años, para finalmente presentar el proyecto Limpet, como resultado de la colaboración de las firmas Wavegen y Queen´s University Belfast y la Unión Europea, que hizo posible se instalara una estación generadora de electricidad de 500 kW de potencia aprovechando las olas en la isla escocesa Islay, para brindar energía a más de 400 hogares y en el año 2000 se unificó al sistema electroenergético del Reino Unido.

Las investigaciones acerca del comportamiento de las olas continúa desde plataformas flotantes y desde el espacio por medio de satélites, como el Nimbus de procedencia norteamericana, que recopila información de más de 30 000 zonas del océano y la atmósfera. Los institutos de investigaciones energéticas continúan los estudios para incrementar el rendimiento de los sistemas y vencer en cierta medida los obstáculos económicos.

 

En conclusión mientras existan los mares la humanidad contará con energía y la seguirá estudiando para sacar el mayor provecho.

 

 

HIDROSTATICA E HIDRODINAMICA

Las ondas y las olas

El viento proporciona al mar la energía necesaria para desarrollar las olas y las ondas. Estas últimas son ondulaciones que se aprecian en la superficie del mar, aun cuando el viento sopla débilmente, y se caracterizan por aparecer en grupos durante un período de tiempo. La energía contenida en las ondas puede ser subdividida en potencial y mecánica. A causa de la primera, el nivel del mar se deforma, y debido a la segunda se establece un movimiento longitudinal. Las ondas marinas surgen sólo en determinadas zonas del planeta. Una de estas, el área que encierra a las islas Azores, es también un centro de bajas presiones que influyen en el clima del Atlántico y pueden generar grandes olas dependiendo de la velocidad del viento.

Al menos, por medio de materiales fílmicos, hemos podido apreciar la potencia de las olas bajo la influencia de los huracanes pero esta no es prácticamente aprovechable. Las olas se forman por la acción del viento, después crecen y se entremezclan en el mar. Se ha calculado que una ola inicial de 150 m de longitud, tarda 30 h en ir de las islas Azores a Marruecos. La altura de las olas es variable con los océanos. Las olas más altas observadas en el Atlántico no rebasan los 20 m. En el Mediterráneo no exceden los 8 m , mientras que en el océano antártico se producen olas hasta de 30 m.

 

Existen además los tsunamis (tsu, puerto; nami, ola), que son olas de 1 m de altura, pero de gran longitud de onda, que llegan a la costa en forma de marejada y provocan destrucciones. La altura de las olas se puede determinar utilizando varios métodos: por estereofotografía del mar,mediante un radar de microondas conectado a un satélite, y con una boya que tenga instalado un sensor de presión hidrostática y un transmisor. Este parámetro es fundamental en el cálculo de la potencia generada por las olas.

 

El hombre en su afán por aprovechar la energía del oleaje ha creado diferentes dispositivos. Los procesos de las olas que permiten convertir su energía en electricidad, son: la variación del nivel del agua, las oscilaciones longitudinales de estas, la variación de la inclinación de la superficie libre, la variación de las presiones hidrodinámica e hidrostática y las fuerzas de inercia. En los convertidores de energía empleados para esto, se verifican los siguientes efectos y métodos: efecto piezoeléctrico, las oscilaciones forzadas y los métodos neumáticos e hidráulicos.

El aprovechamiento de las olas data de finales del siglo xvi. Se recoge en la literatura que uno de los primeros dispositivos empleados para el aprovechamiento de las olas fue ideado por los hermanos Gerard, de origen francés, que consistió en recuperar y almacenar el agua de mar a determinada altura y este se utilizó posteriormente en numerosas villas de Inglaterra. En las primeras décadas del siglo xix el ingeniero M. Fursenot puso en práctica en las costas de Argelia un dispositivo que transformaba las oscilaciones de las olas empleando un juego de levas y engranajes. En 1899, en Ocean Grove a 110 km al sur de Nueva York, se construyó una instalación que utilizaba la energía de las olas por medio de una placa receptora, que al estar unida a los vástagos de unas bombas elevaba el agua a un grupo de tanques elevados. En 1931, se aprovecharon las olas para bombear agua al acuario del Museo Oceanográfico de Mónaco, con un aparato que trabajó durante diez años, y resultó destruido por el propio efecto de las olas. En las costas de Mónaco también se utilizó en 1934 un proyecto que empleaba un rotor savonious para el bombeo de agua.

Crisis energética y energía del mar

El decremento del petróleo en los años setenta provocó que el uso de la energía del mar fuera más tentativo. Se presentaron cuatro proyectos que fueron analizados por el departamento de energía del Gobierno inglés, y entre 1976 y 1981 se asignaron trece millones de libras esterlinas para las investigaciones en esta esfera. El ingeniero Stephen Salter, de la Universidad de Edinburgo, presentó un proyecto conocido como el «pato» de Salter, en 1973. Este es un tipo de estructura cuya sección transversal tiene forma de leva, asemejándose a un pato flotando en el agua. La zona de mayor diámetro permanece dentro del agua, opera como pivote frente al embate del mar y en ella se ubica un grupo de bombas que impulsan el agua a máquinas hidráulicas que están unidas a generadores eléctricos.

 

Este diseño implica el uso de un grupo de estos patos, que se articulan por medio de una espina dorsal apoyada en sus extremos en grandes boyas, y se fijan al fondo del mar. Este eje se construyó con 15 m de diámetro para soportar la potencia máxima de las olas, pese a ello su resistencia y estabilidad fueron cuestionadas por ser su principal defecto. En las referencias consultadas no se exponen los materiales empleados en su construcción, pero se plantea que ubicados en posición paralela al oleaje puede aprovechar hasta 90 % de las olas.

En Southampton, a 800 km de Edinburgo, al sur de Inglaterra, un equipo dirigido por Cristopher Cockerell trabajó en el diseño de un tipo de "balsa" capaz de aprovechar el movimiento de las olas. La balsa debe adoptar el nivel del mar y a la vez ejecutar sus funciones, por lo que para ello el diseño fue concebido por módulos. Al principio se proyectó formar una balsa con siete partes, pero en la práctica se construyeron de tres y dos partes articuladas, logrando mayor estabilidad. El movimiento de la balsa provoca la acción de émbolos, que posibilitan bombear el líquido a la máquina hidráulica que está acoplada a un generador eléctrico.

En 1974, Cockerell creó la sociedad Wave Power Limited para la comercialización de estos trabajos. Se instalaron prototipos cerca de la isla Wight, al sur de Inglaterra, hasta llegar a instalar una balsa de 50 m de ancho y 100 m de longitud en las costas de Escocia, que entregaba una potencia de 2 MW ocupando un área de 0,005 km² y con un frente de ola de 100 m. De manera que 100 MW de potencia se pueden producir con un frente de ola de 5 km y con un área de equipamiento de 0,25 km².

 

Aproximadamente esta es el área que ocupa una termoeléctrica que consumiendo fuel oil produce la misma potencia. Otro proyecto británico se llevó a cabo en el National Engineering Laboratory, situado en Glasgow. Se basa en el perfeccionamiento de un dispositivo ideado por el ingeniero japonés Ioshio Masuda, denominado por los ingleses "columna de agua oscilante", que consiste en un recipiente que tiene dos compartimentos o vasos que se inundan con el agua de mar. Cuando pasa la ola, el nivel del agua se incrementa comprimiendo el aire de la parte superior del vaso que alcanza una velocidad de hasta 100 m/s, para posteriormente pasar a través de una turbina acoplada a un generador eléctrico, cuando el nivel baja se hace vacío y se aspira aire del exterior que circula a través de dicha turbina realizando el mismo efecto.

Los trabajos de los investigadores ingleses no pasaron de prototipos; sin embargo, el equipo de Masuda puso en práctica en Japón un dispositivo denominado "Kamiei" montado en una barcaza de 80 m de longitud y 12 m de ancho con orificios en su parte inferior, ubicada en las costas del Japón, que producía 1,3 MW. En el año 1977, un primer navío japonés de 400 m de longitud utilizó el sistema para producir electricidad.

En Oxford, un equipo de trabajo dirigido por Robert Russel de un laboratorio de investigaciones hidráulicas creó un sistema de aprovechamiento de la energía de las olas denominado "rectificador". Es una construcción amplia expuesta a la costa e internamente separada en dos partes. Cuando la ola llega al equipo pasa a través de válvulas al reservorio superior, donde permanece hasta que se deja trasegar hacia la parte inferior y en su recorrido acciona una turbina hidráulica que está coaxialmente unida a un generador eléctrico.

En la actualidad han sido más avanzados los proyectos de Salter y Cockerell. Según el propio Salter, 1 kW producido con una instalación marina cuesta diez veces más que si se produce mediante una central térmica de petróleo. Aunque los costos han decrecido, el criterio de los especialistas, en la actualidad, es que una planta que opere con la energía de las olas, de 10 MW de potencia, cuesta diez millones de dólares. En nuestros días, el costo de instalación de una planta termoeléctrica de 30 MW que funciona a partir de fuel oil es de un millón de dólares por megawatt. Entonces el costo de una unidad de 30 MW asciende a treinta millones de dólares, y es el mismo que el de una planta que produce 10 MW a partir de la energía de las olas del mar. Es decir, hoy el costo de una instalación marina de este tipo es tres veces más costosa que por la vía convencional.

 

En 1977, en la Real Universidad de Irlanda del Norte, Allan A. Wells y Wittaker construyeron una boya que convertía la energía de las olas en energía eléctrica utilizando convertidores neumáticos de 45 kW de potencia. El convertidor se sujetó a una boya de 4 m de diámetro y pese a su flotabilidad el equipo trabajó durante un año, ya que sufrió importantes averías a causa de una tormenta. Actualmente, existen cientos de boyas de navegación que emplean convertidores neumáticos con potencia entre 2 y 30 W.

El ariete hidráulico, inventado por el francés Montgolfier, también se ha utilizado para transformar la energía de las olas. Una instalación que producía hasta 10 kW fue construida antes de 1917 en el Mar Negro, y a causa de la guerra hoy no se cuenta con la instalación ni con sus planos. En la isla Mauricio, en el Océano Índico, se usa el ariete para bombear agua a un tanque elevado y de ahí circula por una turbina hidráulica acoplada a un generador de 18 MW. Se reportan otras instalaciones en Noruega y en las costas de California.

 

Investigaciones más avanzadas se realizaron durante 20 años, para finalmente presentar el proyecto Limpet, como resultado de la colaboración de las firmas Wavegen y Queen´s University Belfast y la Unión Europea, que hizo posible se instalara una estación generadora de electricidad de 500 kW de potencia aprovechando las olas en la isla escocesa Islay, para brindar energía a más de 400 hogares y en el año 2000 se unificó al sistema electroenergético del Reino Unido.

Las investigaciones acerca del comportamiento de las olas continúa desde plataformas flotantes y desde el espacio por medio de satélites, como el Nimbus de procedencia norteamericana, que recopila información de más de 30 000 zonas del océano y la atmósfera. Los institutos de investigaciones energéticas continúan los estudios para incrementar el rendimiento de los sistemas y vencer en cierta medida los obstáculos económicos.

 

En conclusión mientras existan los mares la humanidad contará con energía y la seguirá estudiando para sacar el mayor provecho.

 

 

EL TRIANGULO DE LAS BERMUDAS

¿QUE ES EL TRIANGULO DE LAS BERMUDAS?

---

El Triángulo de las Bermudas siempre ha sido una zona peligrosa y de misterio, ya que las desapariciones de marineros, pilotos y turistas nunca han sido resueltas.

Los elementos de información en torno a esta zona son intrigantes: en una parte del océano Atlántico occidental, de forma más o menos triangular, comprendida entre las Bermudas, Florida y el meridiano 40, han venido desapareciendo durante los últimos treinta años numerosos aviones y barcos sin dejar ningún rastro de lo que pudo ser de ellos, ya que jamás se han hallado restos ni supervivientes.

Todo lo que alguna vez entró ahí, nunca se le volvió a ver. Desde barcos y buques que navegaban por esa zona; aviones a los cuales se les vió entrar a una neblina para esfumarse sin dejar indicio.

 

Espacio también conocido como el: Triángulo del Diablo y el Limbo de los Perdidos.

Es un área geográfica de 3.900.000 kilómetros cuadrados entre las islas Bermudas, Puerto Rico y Melbourne (Florida) (situado de 55°O a 85°O y de 30°N a 40°N), en la que se han producido numerosas desapariciones inexplicables de barcos y aviones.

Como su nombre lo indica, es un espacio en forma de triángulo que cubre un área de 3.900.000 kilómetros cuadrados entre las islas Bermudas, Puerto Rico y Melbourne.Este lugar fue y es testigo de fenómenos sin explicación que han recorrido el mundo. El fenómeno de la desaparición de barcos y aviones que han pasado por esos lugares, se atribuye a muchas causas; algunos científicos dicen que en esos lugares hay grandes campos de energía proveniente de la Tierra y es por esto que las comunicaciones se cortan; otros fanáticos de la ciencia ficción, piensan que el triángulo está relacionado ampliamente con criaturas extraterrestres y OVNI; en cambio, hay quienes piensan que en ese lugar se encuentra el portal que une esta dimensión a otra, si esta teoría sería cierta, las personas no son secuestradas, sino que son transportadas a otra dimensión.

Una teoría más, es que por esos lugares se encontraría la antigua Atlántida, una ciudad que supuestamente existió hace 5000 años antes de Cristo que era muy avanzada científicamente y desapareció misteriosamente; desde esa civilización en lo profundo del mar, se estarían enviando rayos y demás. Nadie puede negar que este, un fenómeno extraño, sucede, ya que desde la mitad del siglo XX han desaparecido un total de cincuenta barcos y veinte aviones y algunos de ellos se han hecho muy conocidos como la desaparición del vuelo 19 en el año 1945.

Corrían los días de la posguerra y en E.U., el personal de la Marina y la Aviación aún continuaba con sus cotidianos entrenamientos. Por aquellos días, la base aérea de Fort Lauderdale, en la Florida, estaba particularmente preocupada en mantener a sus pilotos adiestrados. Era el 5 de Diciembre de 1945, un día como cualquier otro, y 5 aviones Avenger TBM estaban listos para despegar. Su Misión consistía en alejarse 160 millas al este, en línea recta, dar vuelta al norte y regresar a su base, en un vuelo de entrenamiento. Al mando del vuelo, con número de serie 19, iba el teniente Charles C. Taylor, veterano de la marina y piloto experimentado. La tripulación de cada uno de los aviones constaba de tres hombres, por lo que en total participarían 15. Cada uno de los aparatos había cargado gasolina suficiente para volar el equivalente de 1660 km.. Los motores, la radio y los equipos salvavidas fueron checados y reportados en buen estado.

En el momento de dar la último aviso para despegar, sólo faltaba un hombre que, sintiéndose enfermo, se quedaría en tierra. Los meteorólogos habían pronosticado buen tiempo en toda el área de su recorrido. A las 2:00 de la tarde despegaron sin novedad los cinco aviones y, tomando en seguida la formación de vuelo, se lanzaron rumbo al mar a buena velocidad. Durante casi dos horas, el vuelo 19 se estuvo reportando con regularidad a su base. A las 3:45, un mensaje desconcertante cruzó el espacio hasta la torre de control: "Torre de control torre de control .

Esta es una emergencia. Nos hemos salido de curso . Parece que nos hemos salido de curso " "Parece que nos hemos perdido. No estamos seguros de nuestra posición ¡No podemos avistar tierra!".

En la torre de control , el radio operador replicó sumamente extrañado: "¿Qué posición tienen?" Vuelo 19: "No estamos seguros de nuestra posición " "Repetimos no podemos ver tierra No sabemos si estamos sobre el Atlántico a sobre el Golfo ".

Torre de control: "Asuman el rumbo hacia el oeste pronto verán tierra.".

Vuelo 19: "No sabemos hacia donde esta el oeste. Todo esta mal. Es tan extraño El mar luce muy raro ". Y ahí se corto la comunicación. Había demasiada estática a pesar del buen tiempo, y por momentos se escuchaban los diálogos de los pilotos entre sí. Diez minutos más tarde se restableció el contacto. Los radioperadores podían escuchar en la base el ruido de los motores, pero no las voces de los pilotos. Para entonces, el pánico había hecho presa de las tripulaciones; ya no eran pilotos experimentados, sino hombres invadidos por un temor monstruoso. Poco antes de las 4:00 se escuchó lo siguiente: "No estamos seguros de nuestra posición. No sabemos exactamente dónde estamos. Creo que a unos 360 km. al noroeste de la base ".

Se corto de nuevo el mensaje por estática. Instantes después volvía a restablecerse la comunicación: "El mar es muy extraño Parece que estamos sobre aguas blancas ". Y de nuevo el silencio. La torre intentó una vez más comunicarse con ellos, pero por alguna extraña razón, parecían no captar las señales de la base. Durante largos segundos que parecieron siglos, el personal de la base, ya en estado de alerta, no escuchó ninguna palabra más del Vuelo 19. La tensión del momento fue rota al escucharse otra vez las conversaciones de los miembros del escuadrón: "Estamos completamente perdidos Y parece que " Estas fueron sus últimas palabras. En la base de Fort Lauderdale todo era desconcierto.

Durante todo el tiempo que duró la comunicación, parte del personal de la torre se había preocupado por trazar posiciones y calcular la ruta que habían seguido al extraviarse. Intentaron hacer contacto con otras naves próximas al área; pero todo fue en vano. Sólo quedaban conjeturas. ¿Qué había podido desorientarlos de ese modo? ¿Cómo explicar las interferencias de la radio en un día tan claro? Y sobre todo, ¿Qué peligro habían enfrentado, que los había hecho perder la calma de ese modo? Las horas siguientes fueron de frenética acción. La alarma había puesto en movimiento a todo el personal. Los aviones Avenger, bombarderos de combate, eran magníficos aparatos en su tiempo.

Extraordinariamente bien equipados para el ataque - casi una tonelada de bombas, o un torpedo submarino - contaban además con un poderoso motor de 1600 caballos, y alas plegables para su fácil acarreo en portaaviones. Su autonomía de vuelo era muy amplia y tenía equipo especial para facilitar la supervivencia en alta mar. Como los bombarderos habían sido checados antes de partir y contaba cada uno de ellos con un aparato radiotransmisor, más que pensar en una falla mecánica el personal de tierra temía que un disturbio atmosférico los hubiese dañado. Las turbulencias y bolsas de aire, por ejemplo, son imprevisibles y más de un avión ha sucumbido a causa de ellas. Incluso un ataque enemigo, aunque improbable, no se descartaba: la guerra recién había terminado. Sin embargo, ¿Por qué no habían podido explicar lo que les sucedía? El radioperador estimó que el último punto en que habían hecho contacto con el escuadrón, había sido a unos 150 km. al noreste de la base naval de Banana River, en la costa de la Florida.

A ese punto y sus alrededores fue enviado un hidroavión, el Martin Mariner, especializado en rescate anfibio, con trece hombres a bordo. La torre de control mantuvo estrecho contacto con el hidroavión de rescate durante los siguientes minutos de vuelo. Inesperadamente, el Martin Mariner consiguió trabar comunicación con el Vuelo 19: Hidroavión Martin: "Vuelo 19, estamos volando hacia ustedes para guiarlos de regreso ¿Qué la respuesta del Vuelo 19, pero las últimas tres palabras se oyeron perfectamente: "¡No nos sigan !" Y se perdió la señal. Todo el diálogo había sido captado también en la base. Desde algún lugar desconocido, los pilotos habían alcanzado a enviar un mensaje para alentar a sus compañeros. Pero, ¿de qué? Mientras tanto, la tripulación del Martin Mariner, más alerta que nunca, escudriñaba metro por metro la superficie del mar. Durante los siguientes siete minutos, el comandante del hidroavión se estuvo reportando a la base.

Al parecer no había huellas del naufragio en la zona. Pocos minutos después dejó de escucharse la señal del Martin Mariner. No había contacto en ninguno de los sentidos con su tripulación. El silencio que siguió al último mensaje nunca más fue roto. Nunca más los marinos volverían a ser vistos ni escuchados. El comandante de la base, más perplejo que nunca, dio orden de comenzar lo que sería la búsqueda más intensiva y cuidadosa llevada a cabo en mar y aire; pero también la más infructuosa.

---

 

---

EXPLICACION CINTIFICA 

---

Un modelo matemático elaborado por científicos de la Universidad Monash de Melbourne, Australia, ha confirmado que las burbujas de metano del fondo del mar son las causantes de los misteriosos hundimientos de barcos en el Triángulo de las Bermudas, el Mar del Norte o el Mar de Japón.

El metano es un gas que se forma de la descomposición de las materias orgánicas y se puede encontrar en grandes cantidades en el fondo del mar. Al combinarse con el agua, el metano se calienta, hierve y se disuelve en el océano. El problema está cuando se forma una burbuja que llega a la superficie y revienta, si en ese momento hay un barco cerca se hundirá al no poder soportar las turbulencias. Este fenómeno podría ser la explicación de maremotos y desapariciones de barcos, ya que estas tragedias suceden en zonas donde dicho gas es abundante.

Para verificar esta teoría, los matemáticos realizaron experimentos con un recipiente de agua, un barco de juguete y burbujas de gas metano. A partir de los resultados se creó un modelo matemático con un ordenador, teniendo en cuenta la dinámica, la velocidad, la densidad y la presión del gas y del agua. El modelo reprodujo las burbujas tal y como aparecen en la vida real y pudieron comprobar que el hundimiento se da en ciertas condiciones. Los investigadores recomiendan que sus conclusiones sean incluidas en las cartas de navegación para evitar las desapariciones de buques en el Triángulo de las Bermudas.

SIEMPRE HEMOS ESCUCHADO DESDE NIÑOS HACERCA DEL TRIANGULO DE LAS BERMUDAS, LOS MISTERIOS QUE HAY EN TODAS LAS DESAPARICIONES,  LA MAS ESCUCHADA POR MI SIEMPRE HA SIDO LA DE LOS OVNIS QUE SE LLEVA LAS NAVES DESAPARECIDAS , PERO EN TODAS LAS INVESTIGACIONES QUE LEI HABLA ACERCA DEL GAS METANO QUE SE ENCUENTRA EN GRAN CANTIDAD EN EL MAR ES EL QUE TENIENDO UNA REACCION CON EL AGUA   PROVOCAN LAS TURBULENCIAS TAN ENORMES QUE SE COMEN PRACTICAMENTE LAS NAVES QUE SE ENCUENTRAN ES ESTA AREA EN EL MOMENTO MENOS INDICADO , PERO SEGUIRA SIENDO UN MISTERIO PORQUE EN REALIDAD NUNCA SE A ENCONTRADO UNO DE ESOS BARCOS NI AVIONES  DESAPARECIDOS . LO CIERTO ES QUE EN TODOS LOS TEMAS INTERVIENE LA FISICA, YO NUNCA PENSE QUE EN EL MAR SE PUDIERA DAR UN FENOMENO ASI QUE PROBOCARA ESTE TIPO DE ACONTECIMIENTOS QUE SON TAN INTERESANTES Y CAUSAN TANTO INTERES PARA INVESTIGADORES POR TANTOS AÑOS.