Historia, análisis, utilidad y expresión gráfica de las fórmulas de pérdidas de carga utilizadas en ingeniería hidráulica

Resumen

1. introducción o motivación de la tesis La tesis se titula “Historia, análisis y expresión gráfica de las fórmulas de pérdidas de carga utilizadas en la ingeniería hidráulica”. La tesis desarrolla la investigación sobre la procedencia de las fórmulas de pérdidas de carga por fricción existentes, tanto en conducciones forzadas como a presión atmosférica, dentro de un marco histórico – evolutivo, analizando el desarrollo y la metodología utilizada en las experiencias que llevaron a concluirlas, ya sea de forma experimental o racional. Se centra en profundidad en dos épocas, la primera que va desde Claude Antoine Couplet (1712) hasta Henry Darcy (1857), en la que salen a la luz las primeras fórmulas empíricas, y la segunda desde Darcy (1857) Hasta Staton (1914) en la que se fijan los límites entre el régimen laminar y turbulento y se da un nuevo enfoque de una manera experimental y racional. En cada época se han evaluado y estudiado los recursos que se utilizaron ya sean experimentales o analíticos, analizando los procedimientos utilizados en cada caso y época en particular, y en los casos más relevantes, se han procesado los datos aportados con aplicaciones informáticas para corroborar y clarificar los resultados obtenidos con la información aportada por esos investigadores. 2.contenido de la investigación La tesis contiene la evolución del estudio de las pérdidas de carga cronológicamente a partir de 1722 hasta los tiempos actuales a través de las aportaciones de los 26 investigadores más influyentes en este tema, resaltando lo más significativo de cada uno, e indicando las conclusiones que han tenido más trascendencia y las que han sido desechadas a través del tiempo. De cada investigador se ha redactado una pequeña biografía y su aportación específica a la hidráulica y en particular a la búsqueda de una formulación que definiera las pérdidas de energía que se producen al fluir el agua en una conducción. Con sus datos, se han analizado mediante aplicaciones informáticas los resultados del proceso de cálculo para verificar la autenticidad de las conclusiones que los llevaron a mostrar sus ecuaciones y leyes de la hidráulica. 3.conclusión En el primer periodo estudiado se desarrolló la hidráulica experimental y las bases para desarrollar la investigación sobre las pérdidas de carga en tuberías. Las experiencias que se realizaron sirvieron para extraer leyes fundamentales, fórmulas binómicas y monómicas, que no contemplaban la rugosidad interior de las paredes de las tuberías, en la que la mayoría de los experimentos se realizaron con pequeños diámetros y conducciones de corta longitud, y es por ello por lo que con dichas fórmulas se cometían grandes errores al calicular las velocidades. Darcy dio una idea más clara, al reconocer la influencia que tiene el estado de las superficies interiores de las conducciones sobre las pérdidas de carga y empezaron a afianzarse los principios fundamentales que sirvieron de base para seguir investigando sobre el tema, dado que muchas de esas leyes y principios siguen aún vigentes. El segundo periodo marcó un punto de inflexión cuando Reynolds confirmó científicamente con los experimentos, la división entre régimen laminar y turbulento. A partir de aquí, la viscosidad empezó a formar parte integrante en la mayoría de las formulaciones. Prandtl en equipo con Kármán y Blasius, desarrolla la teoría de la capa límite, en la que establece que para un fluido en movimiento todas las pérdidas friccionales se producen en una delgada franja adyacente al contorno sólido, también conocido como estrato límite. Se comprueba que la velocidad en el contorno o pared de la tubería es cero (principio de Meyer). Las ecuaciones de Von-Kárman-Prandtl y Colebrook-White sirven para deducir el coeficiente de fricción integrado en la fórmula de Darcy- Weisbach en régimen turbulento, pero su carácter implícito no dejaba en su época calcular analíticamente el coeficiente f, así que para dar una solución viable al problema y basándose en la idea de Blasius y Staton, los estadounidenses Hunter Rouse y Lewis Ferry Moody volcaron las ecuaciones mencionadas que llevan su nombre. Indudablemente este segundo periodo fue el que marcó definitivamente la utilización de dichas formulaciones, y aunque después de Von-Kárman-Prandtl y Colebrook-White han salido muchísimas más, la mayoría de ellas está basada en sus investigaciones. 4. bibliografía Afif Khouri, E., 2004. Apuntes de Hidráulica para Explotaciones Forestales.. 33011 Oviedo: Ediciones de la Universidad de Oviedo. Agüera Soriano, J., 1992. Mecánica de Fluidos Incompresibles y Turbomáquinas. 3ª Edición ed. 28007 Madrid: Editorial Ciencia 3, S. A.. Arbor, A., 1906. University of Michigan Press. [En línea] Available at: http://umhistory.dc.umich.edu/history/Faculty_History/W/William,_Gardner_Stewart.html [Último acceso: 31 julio 2018]. Berlin, R. d. B. z., 2017. Cosmo indirekt - Physik für Schüler. [En línea] Available at: https://physik.cosmos-indirekt.de/Physik-Schule/Gotthilf_Hagen [Último acceso: 9 septiembre 2017]. Biography, C. D. o. S., 2008. Encyclopedia.com. 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