Historia de la Mecánica de Fluidos

 

Como la mayor parte de las ciencias, la mecánica de fluidos tiene una historia de antecedentes lejanos aislados, después de una época de descubrimientos fundamentales en los siglos XVIII y XIX, y finalmente, una época de "práctica actual", como denominamos a nuestros conocimientos ya bien establecidos. Las civilizaciones antiguas tenían conocimientos rudimentarios, pero suficientes para resolver algunos problemas. La navegación a vela y el regadío datan de tiempos prehistóricos. Los griegos introdujeron la información cuantitativa. Arquímedes formuló las leyes de flotabilidad y los supo aplicar a cuerpos sumergidos, utilizando cierta forma de cálculo diferencial en su análisis. Los romanos construyeron multitud de acueductos, per no dejaron escrito sobre los principios cuantitativos de sus diseños.
Hasta el renacimiento hubo mejoras sustanciales en el diseño de naves, canales, etc. Pero tampoco nos queda evidencia de los análisis realizados.

Leonardo Da Vinci (1452-1519) obtuvo una ecuación de continuidad para flujos unidimensionales. Fue una excelente experimentalista y en sus notas dejó descripciones muy reales sobre chorros, alas, resalto hidráulico, formación de torbellinos y diseños de cuerpos de baja y alta resistencia (cuerpos fuselados y paracaídas). Un francés Edme Mariotte (1620-1684) construyó el primer túnel aerodinámico y realizó diversas pruebas en él.

Pero el definitivo impulso se debe a Sir Isaac Newton (1642-1727), que propuso las leyes generales del movimiento y la luz de resistencia viscosa lineal para los fluidos que hay denominamos newtonianos. Los matemáticos del siglo XVIII (Daniel Bernoulli, Leonhard Euler, Jean D´alembert, Joseph-Louis Lagrange y Pierre Simon Laplace) obtuvieron
soluciones a muchos problemos de flujos no viscosos. Euler desarrolló las ecuaciones diferenciales del movimiento de flujos incompresibles no viscosos, y posteriormente dedujo su forma integrada, que hoy conocemos como ecuación de Bernoulli. Utilizando estas ecuaciones, D´alembert propuso su famosa paradoja: "un cuerpo inmerso en un flujo no viscoso tiene resistencia nula. Estos brillantes resultados dislumbran, pero en la práctica tienen pocas aplicaciones, porque la viscosidad siempre juega un papel crucial. Los ingenieros de la época rechazaron estas teorías por irreales y desarrollaron la ciencia denominada "hidráulica", que es esencialmente empírica. Experimentalistas como Chézy, Pitot, Borda, Weber, Francis, Hazen, Poiseuille, Darcy, Manning, Bazin y Wiesbach trabajaron en gran variedad de flujos como canales abiertos, resistencia de barcos, flujos en tuberías, olas y turbinas. La mayor parte de los datos eran utilizados sin tener en cuenta los fundamentos físicos de los flujos.

Al final del siglo XIX comenzó la unificación entre hidráulicos e hidrodinámicos. William Froude (1810-1879) y su hijo Robert Froude(1846-1924) desarrollaron leyes para el estudio con modelos a escala; Lord Rayleigh (1842-1919) propuso la técnica del análisis dimensional; y Osborne Reynolds(1842-1912) publicó en 1883 su clásico experimento, mostrando la importancia de los efectos viscosos a través de un parámetro adimensional, el número de Reynolds, como se denomina hoy a dicho parámetro. Mientras tanto, la teoría de los flujos viscosos que habían sido desarrollado por Navier(1785-1836) y Stokes(1819-1903), añadiendo los términos viscosos a las ecuaciones del movimiento, permanecía en el olvido debido a su dificultad matemática. Fue entonces en 1904, cuando un ingeniero alemán Ludwig Prandtl(1875-1953), publicó el artículo quizá más importante de la historia de la mecánica de los fluidos. Según Prandtl, en los flujos de fluidos poco viscosos como los del aire y del agua, el campo fluido puede dividirse en dos regiones: una capa viscosa delgada o capa límite en las proximidades de superficies sólidas y entrefases donde los efectos viscosos son importantes, y una región exterior que se puede analizar con las ecuaciones de Euler y Bernoulli. La teoría de la capa límite ha demostrado ser la herramienta más importante en el análisis de los flujos.

Las aportaciones esenciales a la mecánica de fluidos durante el siglo XX son diversos trabajos teóricos y experimentales de Prandtl y de sus dos principales competidores, Theodore Von Kármán(1881-1963) y Sir Geoffrey I. Taylor(1886-1975). La mayor parte de las contribuciones citadas en este breve resumen histórico serán expuestas detalladamente a lo largo del libro.

Mapa del Medio Oriente

Cronología del Avance de la Mecánica de Fluidos a través de la historia

**Estas son descripciones de los eventos más importantes por época**

Edad de Piedra (1,000,000A.C.-2000A.C.)
Esta Edad se divide en 3 eras: La vieja, La mediana y la nueva Edad de Piedra. No hubo avances, el hombre de esa época era totalmente nómada, y solamente logró algo cuando se volvió sedentario.

Edad de Bronce (3000A.C.-2000A.C.)

Con la invención de las herramientas de metal llegaron otras invenciones. Uno de éstos era el arado trazado por los animales.

Al principio el agricultor plantaba semillas en hoyos hechos con un palo. Luego hacía una azada simple que tiraba a través de la tierra con una cuerda. El siguiente paso era domesticar los animales, tales como buey y utilizarlo en una azada mejorada que se convirtió en un arado. De esta invención los agricultores fueron capaces de cultivar grandes terrenos. De ahí ellos desarrollaron mejores vías para controlar y usar el agua. En lugares en donde no había muchas lluvias el hombre primitivo aprendió a irrigar sus suelos, lo que quiere decir que llevaba el agua hacia sus suelos cavando zanjas desde lagos y quebradas.

Aprendieron también a construir diques para proteger sus tierras de las inundaciones.

Las mejoras en el transporte terrestre también se acompañaba de las mejoras en la manera como se trasladaban por agua.

Una invención sobresaliente fue el barco de vela, que permitía al hombre primitivo mover bienes pesados seguramente por los mares. Los navegantes aprendieron escoger el curso de sus viajes tomando ventaja de los vientos, y aprendiendo las rutas más cortas por mar de lugar a lugar.

Nueva Edad de Piedra (5000A.C.-2000A.C.)

Los antiguos egipcios llamaban a su país kemet, "la tierra negra", para diferenciarlo del desierto o deshret, "la tierra roja", y a si mismos se llamaban remet en kemet, "habitantes de la tierra negra". Está era la tierra cultivable

Cada año el Nilo depositaba durante la inundación anual y hasta donde llegaban sus aguas el limo que haría fructificar la tierra. Sin el Nilo, Egipto hubiera sido un desierto, únicamente habitado por comunidades nómadas. Nunca hubiera podido desarrollarse allí, la civilización milenaria que hoy conocemos .

En el Antiguo Egipto la vida se desarrollaba a lo largo del Nilo, como elemento unificador de todo el territorio. A finales del Período Predinástico (2920 a.C.), Namer, rey del Alto Egipto y último de este período, conquista el Bajo Egipto, Delta del río, y unifica el país. Así se inician las Dinastías que a lo largo de los siglos se sucederían en este territorio.

Las estaciones del año y la distribución de trabajos se basaban en el ritmo de las inundaciones que el Nilo sufría cada año.

La primera estación comenzaba a mediados de julio, cuando el dios Cnum, de cabeza de carnero, abría las puertas de una inmensa catarata y se iniciaba la caklet, la inundación. En septiembre las aguas se retiraban y empezaba la estación peret, tiempo de siembra y germinación. Finalmente se cerraba el ciclo de abril a junio, con la estación shemu, de maduración y recolección.

Las civilizaciones egipcias que dependían del Nilo. La civilización que se desarrolló en Egipto se llamó " el regalo de el Nilo". Este gran río regaba la tierra por bancos, y en tiempo de inundación este desbordaba y depositaba tierra fértil en la tierra. Debido a que las lluvias eran raras en Egipto, el agua para beber, lavarse y para cultivar nían exclusivamente de el Nilo. Los agricultores del antiguo Egipto vivieron una historia en donde sus chozas eran construidas de fango-ladrillo en aldeas a lo largo de los bancos del río. Las tierras eran duras y secas excepto en primavera cuando el río se desbordaba e inundaba todo alrededor y traía consigo una tierra rica excelente para el cultivo. Durante las demás estaciones, los agricultores cavaban zanjas para la irrigación y así desviar el agua del Nilo hasta sus campos.

La necesidad para cavar zanjas para irrigar sus tierras, los llevó a construir una represa para beneficio de todos los agricultores, lo cual requirió de un trabajó en conjunto.

Debido a que los agricultores necesitaban tener en cuenta el tiempo que corría para así tener un control del tiempo de inundación y de cosecha, ellos contaban los días entre las inundaciones del Nilo.
Las inundaciones
Pero las inundaciones, aunque periódicas, a menudo eran irregulares, mientras que el cultivo de hortalizas y legumbres requería agua a intervalos más o menos regulares.

Los cereales, trigo y cebada principalmente, que podían ser almacenados por un cierto tiempo, no bastaban para asegurar la subsistencia durante largos intervalos de tiempo. Había pues, que "domesticar" el agua, igual que se había hecho en otro tiempo con los animales.

El riego era el bien supremo y desde la antigüedad se identificó al dios Osiris con las aguas fértiles de la inundación. Por esto los egipcios debían conquistar la tierra con la ayuda del agua. Pero el Nilo no discurre por todo Egipto. Había tierras naturalmente inundadas por la crecida del río y otras alejadas de él que debían ser regadas artificialmente. Para las primeras se construyeron diques con el fin de controlar la inundación. Se ha encontrado una vasija de la I Dinastía (2600 a.C.) que tiene un relieve donde Horo Zer (Rey Serpiente) está golpeando con su cetro un dique, abriendo así un hueco para que comience la inundación. Para regar las tierras más alejadas se hicieron canales, probablemente ya en el Período Predinástico, como parece verse en el relieve de la maza del Rey Escorpión en el que un hombre trabaja en la excavación de un canal.
El riego

Desde los tiempos más primitivos nos encontramos un "departamento de riego" muy bien organizado, equivalente a un Ministerio, cuyos jefes eran siempre los más famosos arquitectos de Egipto. A menudo en la documentación, se encuentra entre los títulos de los más altos dignatarios, el de "el jefe de riego", Uno de los principales cometidos de este Departamento era el de vigilar la crecida y el descenso del nivel de las aguas del Nilo. Para ello se excavaban pozos que comunicaban con el río y en los cuales se colocaba un palo o escala que indicaba el nivel más alto del agua en cada año. Diodor relata cómo esta información se daba a conocer, mediante mensajeros, a todas las ciudades para evitar la incertidumbre y ansiedad que las inundaciones producían en el pueblo.

Los "Nilómetros" más antiguos datan del Período Predinástico. Uno bastante conocido es el construido en Memphis hacia el año 3000 a.C. Strabo cita otro en Elefhantine cerca de la primera catarata donde el nivel del agua era mucho más alto que en Memphis. En tiempos de Ramses III (1200 a.C.) además de inspectores de diques, jefes de canales, vigilantes de Nilómetros, oficiales para abrir las presas etc. existían "Tribunales de agua" encargados de vigilar los riegos, distribución y medida de las tierras inundadas y de resolver los conflictos que de esto se derivara.

La imprevisión a veces de las inundaciones, como decíamos más arriba, hizo muy importante también la construcción de presas y lagos artificiales aprovechando depresiones del terreno o lugares donde podía hacerse llegar el agua del río y dejarla embalsada para ser utilizada en períodos de sequía. Muchos textos nos hablan de la ausencia de inundaciones durante siete años seguidos, en el reinado de Zoser de la III Dinastía (2600 a.C.) y del hambre que sufrió Egipto en esa época. Unos 200 años más tarde, con Amenemhat II se comenzó a utilizar la depresión de Fayun para aumentar la capacidad del lago que este oasis tiene desde épocas prehistóricas

 

La pintura que se reproduce en el texto, representa un shaduf manejado por un solo hombre y procede de la tumba de Ipuy en Deir-el-Medina y que se remonta a la época de Ramses II. No ha llegado ninguno hasta nosotros porque los materiales madera, piel o barro se han destruido. Existían algunas variantes en las que el contrapeso era sustituido por otra persona que tiraba hacia abajo. También un solo hombre podía manejarlo apoyándose en el pie.

 

Nos hemos referido hasta ahora a las grandes construcciones que hicieron los reyes para aprovechar las aguas del Nilo. Pero también existían máquinas o artilugios de aspecto mucho más sencillo y sin embargo igualmente útiles. En la época en la que se retiraban las aguas, después de la inundación, la orilla del cauce quedaba muy alta, unos 4-5 m por encima del nivel de las aguas y algunos lugares mucho más. Esto hacía necesaria la utilización de "elevadores de agua" para poder regar las tierras limítrofes.

Se conocen varios tipos de maquinarias que realizaban esta función. Una de las más conocidas es el sadhuf o sadhoof. Esta se encuentra representada en pinturas de tumbas de las Dinastías XVIII y XIX (1500 - 1100 a.C.) Consistía en un largo palo de forma cónica casi horizontal, que se apoyaba en un mecanismo oscilante o de balancín. Del extremo largo cuelga un cangilón, generalmente de piel, y del extremo corto un contrapeso. Un hombre empuja hacía abajo el cubo o cangilón introduciéndolo en el agua y una vez lleno el contrapeso le ayuda a elevarlo. Cuando la altura es grande pueden utilizarse

El desarrollo de la irrigación, el alza del gobierno local y la invención de el calendario tuvo lugar entre 5000A.C. y 3100A.C.

Naciones que se desarrollaron en la creciente fértil

Cerca del mismo tiempo que una civilización estaba floreciendo en Egipto, otra civilización estaba emergiendo del Oeste de Asia, en el valla de los ríos Tigris y Eufrates, conocidos como Mesopotamia o "tierra entre ríos". Mesopotamia se localizaba en la creciente fértil, un área muy vasta que se extendía en un arco desde el final del Sureste del Mar Mediterráneo hacia el Golfo Persa. Incluía todo o casi todo de lo que hoy conocemos como Líbano, Israel, Jordania, Siria, Turquía e Irak. La vida civilizada emergía en un área pequeña de la baja Mesopotamia de lo que es hoy Irak. La Biblia llama a esta área el plano de Shinar. Algunas autoridades creen que la civilización más temprana surgió de esta zona.

Se cree que el shaduf fue introducido en Mesopotamia desde Egipto después de la conquista de Sennacherib pero no hay documentación que lo confirme.

Otra máquina, aunque posterior, para elevar el agua fue la sakia, rueda hidráulica de compartimentos o cubos. Estaba colocada verticalmente y era accionada por un hombre o un animal. Era similar a las actuales norias. Por último quiero citar la llamada "espiral de Arquímedes". Es otro mecanismo que con mucha frecuencia se observa en la actualidad en los campos egipcios. Su invención se debe a Arquímedes (Siracusa 287-212) aunque hay autores que afirman que ya se utilizaba(?) en el antiguo Egipto

Los sumerios
La civilización en el plano de Shinar comenzó a desarrollarse cerca del 4000A.C.En ese tiempo una tribu conocida como los sumerios se mudaron hacia la parte baja del noreste de la parte montañosa hacia el área fértil colindante con los ríos Tigris y Eufrates. Al igual que los egipcios, los sumerios cavaron canales para controlar las inundaciones durante primavera y para irrigar la tierra.
Los hombres primitivos en la India
La meseta del este de Deccan en la India del sur de la región llamada Telangana se hace de hojas extensas de la roca granítica masiva, que atrapa con eficacia agua de lluvia

El downpour pesado fluye generalmente simplemente lejos en rivulets pequeños innumerables. El hombre prehistórico (cultura megalítica) en estas piezas descubrió que bloqueando las pequeñas secuencias, los depósitos pequeños del agua podrían ser hechos, que conservaron el agua por algunos meses más allá de la estación de lluvias.
Esta fabricación de la presa continuó para las edades, y de los tiempos medievales esta actividad hidráulica aumentó con la fuente abundante de herramientas del hierro.

Entonces, se convirtió en una clase de deber religioso para que la gente rica y de gran alcance excave " tanques " -- los depósitos -- y erija las presas de piedra. Los lagos que resultaban vinieron sizes.They muy grande fueron nombrados generalmente después de la persona que lo financió.

Así en el 11mo siglo A.D. un barón feudal llamado Rudra Reddi dio una parte importante de su pillaje hacia la construcción de una presa de piedra larga y de un sistema del canal. El resultar lago muy grande fue llamado mar de Rudra Sagaror de Rudra.

En un lugar en donde el verano podría ser árido, esto era naturalmente un favor a todos los animales. El distrito grande del lago en Warangal Pakhal fue formado de esta manera y es una reserva de naturaleza.

Cuando se abren las esclusas dejan el agua hacia fuera en épocas secas, los granjeros aprecian y todavía recuerdan las buenas ideas de Rudra Reddi... ochocientos años después.

Hay muchos tales lagos formados por esta manera, algo muy grande. Lago llamar Husain Sagar en centro ciudad Hyderabad demasiado ser un ejemplo. Estos depósitos artificiales ser ver a lo largo curso casi cada rivulet, y en basado en los satélites fotografía uno característico modelo poder ser ver. Manteniendo la pista húmeda de largo después de la estación de lluvias, las cosechas del lush pueden ser levantadas en que una pista de otra manera algo seca y árida. Últimamente, las especies robustas de pescados como tilapia se han criado con éxito en estos depósitos.

Telangana conveniente se llama la " pista de los tanques innumerables ".
China Antigua
China es un gran país con una historia escrita de cerca de 5000 años. Ella tiene un territorio extenso, topográfico más alto en el noroeste y baja en el Sureste. Conectado con los ríos, ella tiene los valles más conocidos del río de Yangtze, del río amarillo y del río de la perla, que son la horquilla de la nación china y su cultura brillante. A través de la historia, la nación china ha erigido millares de puentes, que forman una parte importante de su cultura.
Los puentes chinos antiguos se reconocen y han gozado de un alto prestigio universal en la historia del puente de todos los continentes. Los puentes chinos antiguos se pueden clasificar bajo cuatro categorías: la viga, el arco, la suspensión del cable y los puentes flotantes.

La gente ha vivido en lo que ahora es China mucho antes de la historia escrita.

Los seres humanos prehistóricos conocidos como la gente de Pekín vivieron entre hace cerca de 8.000 y 6.000 A.C. años en donde ahora es China norteña. Por cerca de 4.000 A.C., un número de culturas tempranas se habían convertido en esta área. A partir de dos de estas culturas -- el Yangshao y el Longshan -- una civilización china muy distinta emergió gradualmente.

La corta dinastía Sui (581-618) reunificó China. Para 605, el gran Canal unía el Valle Yangtze con el norte de China. El canal hizo que los granos y otros productos del sur fueran más accesibles para mantener las necesidades políticas y militares de el Norte.

China comenzó a construir diques hace 1.000 años, y el índice de la protección ha estado aumentando.

Las palabras de un emperador Chino hace mucho tiempo fueron, " Las aguas conducen un bote pero también pueden hundirlo." Estas palabras expresan muy bien ambos, beneficios y perjurios que nos traer como consecuencia las aguas.
A lo largo de la mitad y la parte baja de 7 de los más grandes ríos y en los más de 80,000 Km2 del sistema de ríos que cruza la costa sureste de China, existe el 40% de la población China, más o menos 100 grandes ciudades, 35% de las tierras arables de China y 16% de su producción agrícola e industrial. Los bancos de estos grandes ríos son la raíz de la civilización China.

Las inundaciones representan el 40% del total de la pérdida económica de los desastres Chinos desde tiempos remotos. Así como cada persona busca una ventaja, éstas intentan y pueden evadir el daño, así que el controlar las aguas es algo que ha recorrido la hisotria de China. Desde los días de las antiguas fundaciones del emperador Yu, el control de las aguas han sido vastas, complicadas y difícil tarea.

La civilización griega (1600A.C.- 31A.C.
La civilización Egea se dedicó al comercio marítimo. Para los hombres de las civilizaciones tempranas, el mar era sinónimo de misterio y peligro. En sus botes de vela y otras embarcaciones pequeñas, ellos se aventuraban con mucho cuidado, sin alejarse mucho de la costa durante el día y refugiándose en puertos en las noches. Poco a poco el mar creció en importancia como una autopista hacia el comercio. Los fenicios fueron entre los primeros comerciantes que se atrevieron a navegar lanzándose hacia mar adentro. Otros que conocieron el reto de adentrarse en aguas profundas fueron los pueblos que vivieron en las islas del mar Egeo y a lo largo de sus costas.

Los griegos desarrollaron una cultura floreciente se cree que Creta fue establecida primeramente en el último periodo del neolítico por personas descendientes del Suroeste de Asia. Alrededor del 3100 A.C. , los egipcios también inmigraron hacia Creta hacia 1600 y 1400 A.C. Creta se convirtió en una potencia en el mundo antiguo, que servía como un escalón en la ruta de comercio entre Europa, África y entre África y Asia.

Un arqueólogo inglés, Sir Arthur Evans en 1894, comenzó las excavaciones en Creta, y entre muchos importantes hallazgos, se hallaba las ruinas del palacio real en Knossos, que era la ciudad capital. Fue un edificio asombroso con 6 acres de área y un gigantesco laberinto con sus cámaras, corredores, túneles, cuartos de depósitos, y un ingenioso sistema de plomería subterráneo.

Durante la era helenística, Arquímedes de Siracusa desarrolló el principio de la gravedad específica.

Arquímedes(287-212 A.C.):. Su famoso principio < < un sólido sumergido en un líquido recibe un empuje vertical hacia arriba igual al peso del volumen del líquido que desaloja> > , no sólo permite explicar el porqué de la flotabilidad de ciertos cuerpos, como buques construidos de materiales más densos que el H2O, sino que su aplicación ha sido básico en todo el campo de la hidrostática. El funcionamiento del submarino y la comprobación de pesos específicos mediante la balanza hidrostática, son claros ejemplos.

El principio de Arquímides es confrontable mediante el empleo de la balanza hidrostática, que consta de dos platillos. En uno se coloca una pesa que equilibra el peso de los cilindros A y B, pendientes de la otra. El cilindro A es hueco y el B macizo, la capacidad de A equivale al volumen de B.

De esta observación, se deducen tres posibilidades:

• El empuje es menor que el peso: el cuerpo llega al fondo y permanece en él: E < P
• El empuje es igual al peso: el cuerpo flota en el seno de la masa líquida y queda en equilibrio en cualquier lugar: E = P
• El empuje es mayor que el peso: el cuerpo flota en la superficie libre del fluido: E > P.

El imperio romano(400 A.D.) los romanos fueron grandes ingenieros y arquitectos.

Una red de caminos hace punto junto al reino romano. Su propósito primordial era el rápido desplazamiento de las armadas y fuentes militares, pero a la vez era gratis para el público que viajaba y para los que se dedicaban al comercio. Las habilidades de los ingenieros romanos se empleó a lo largo del imperio en la construcción de numerosos acueductos, represas, puentes y sistemas de drenajes. Los romanos se preocupaban mucho por la higiene de sus agrupaciones urbanas. Las grandes ciudades tenían servicios de agua potable, cloacas para desagüe y calles enlosadas.

La termas o baños públicos constituyen edificios de gigantescas proporciones y disponen de diferentes servicios: piscina, baños de vapor, sala de masaje, gimnasio y biblioteca. Las 2 más interesantes son las termas de Caracalla y las de Diocleciano.
El orgullo de los romanos en sus estados era desplegar en toda su magnificencia su arquitectura. Los baños públicos eran estructuras de muchos niveles, que incluían cuartos de vapor, piscinas, gimnasios y bibliotecas. Los baños romanos servían como lugares de reuniones populares para propósitos sociales y empresariales; para el siglo IV A.D. la ciudad de roma amparaba alrededor de 1000 baños públicos. Los principales edificios cívicos y sus mercados eran las localidades centrales en el área del foro, y los códigos de estructuras eran requeridos para mantener un estilo de arquitectura uniforme. El planeamiento lógico en las provincias presentaba un fuerte contraste con el de la ciudad capital del imperio. Debido a sus angostas calles, un sistema pobre de drenaje y sobre población, Roma no pudo alardear un esquema sistemático. Con la llegada del emperador Augusto todo esto cambió.


Acueducto Romano "Pont del Diable"
Acueducto romano (s. I a.C.) conocido popularmente con el nombre de "Pont del Diable" (Puente del Diablo) o Acueducto de "les Ferreres", formaba parte de la red de suministro de agua a la ciudad. Consta de dos niveles de arcos superpuestos. Tiene 217 m. de longitud por 27 m. de altura máxima.

Partía de los manantiales del Tempul, llegando hasta la ciudad, tras un recorrido de más de 70 km. Algunos tramos discurrían sobre arcadas y muros, otros en una canalización cerrada, como el de Chiclana a Cádiz, sin apenas desnivel, por donde el agua podría circular sin perder presión. Estos tramos de canalización cerrada estaban compuestos por sillares de piedra, engastados entre si con rebajes y salientes, perforados y ensamblados con mortero de cal.

Los restos que en la actualidad están en expuestos en la Plaza de Blas Infante proceden de la Playa de Cortadura.

Sextus, Julius Frontinus(40-103A.D.)
Escribió tratados sobre los métodos de distribución de agua de Roma. Los estudios modernos de la ingeniería hidráulica romana se ha enfocado tradicionalmente en las más obvias espectaculares y fácilmente accesible restos de las líneas de acueductos fuera de los centros urbanos donde está generalmente mejor conservadas y han descuidado el asunto de la distribución de agua pública.

Thomas Ashley especuló con propiedad en cuanto el avance del terminal de Castella e inclusive en el estudio maestro de Trevor Titulada "Roman Acqueducts and Water Supplies" evita casi toda discusión acerca de la planeación actual detrás de la distribución del agua urbana a través de la capital.
De modo que era importante leer el capítulo corto publicado en la reciente colección sobre ensayos hidráulicos de Harry Evan en donde él reportó un llamado convincente para que se estudie más a manera de determinar, exactamente qué fue lo que pasó a el agua que alguna vez pasó por la misma ciudad, algo más sustancial e iluminante que el recurso usual de figuras calvas extraídas de Frontinus ("1718 quinariae" para distribución suburbana en nómina Caesaris) y los catálogos regionarios ("lacos clxxx" in Regio XIV). Con un trío de artículos acerca de Roma, el prof Evans, profesor de clásicos de la Universidad de Forhand ha dado el mismo buen comienzo al estudio con la aparición de este mal.

El Imperio Musulmán, Bizantino y Ruso (330-1453) Después que los musulmanes árabes ganaron control del mediterráneo, ellos invadieron España en 711 y la conquistaron 7 años después.

La cultura musulmana fue enriquecida por los contactos con los hindúes en la India, por las personas del este y los griegos.

Cuando los árabes llegaron a España, ellos ya estaban en posesión de un rico aprendizaje y un conocimiento práctico.

Llevaron a España nuevas comidas tales como el arroz y el azúcar, e introdujeron molinos impulsados por el agua y métodos avanzados de agricultura. Las casas de clase alta tenían balcones, fuentes de mármol y baños de mármol con duchas de aguas calientes y frías.

Los Musulmanes mejoraron la industria y la agricultura. Los califas promovieron bastos proyectos de irrigación, extendieron los canales de la antigua Mesopotamia y animaron métodos de agricultura científica tales como la rotación de cosecha y el uso de fertilizantes. Las regiones áridas del Medio Oriente y del Norte de África floreció como nunca antes.

Era del Feudalismo 800-1300 El estandarte de esta época eran los castillos. Las condiciones dentro de los castillos eran primitivas. Para proveer un refugio seguro, el Lord principal del castillo mandaba a construir un mecanismo de defensa primitivo contra el ataque de enemigos. Los variados edificios que conformaban el fuerte eran encerrados por una pared alta y de muchos pies de grosor.

Durante las batallas, los que defendían el castillo podían tomar posiciones en las rampas cerca del tope de la pared y quemaba con aceite caliente o dejaban caer rocas pesadas a el enemigo que estaba debajo. Una fosa o zanja fuera de la pared prohibía toda entrada hacia el castillo hasta que el puente levadizo fuese bajado a través del agua de la gran entrada.

Historia de los avances de la mecánica de fluido en América
Periodo clásico o de las altas culturas urbanas

Se desarrolló en nuestra era cristiana, entre el 300 y el 1000. Solamente en unos pocos pueblos de Mesoamérica, Perú y Bolivia.

La agricultura intensiva, o sea, con sistemas de regadío para llevar la humedad a zonas secas.

Los mayas
Llama poderosamente la atención que una cultura que logró tantos adelantos científicos fue muy pobre en su tecnología, pues los mayas nunca conocieron el regadío ni el sistema de cultivos en terraza que tuvieron los aztecas e incas.

La escasez de agua fue el gran problema de esta cultura, pues aún en el período clásico cuando vivían en las selvas era difícil retener el agua para los tiempos de sequías. Para resolver el problema abrieron pozos (cenotes) donde podían depositar las aguas de lluvia o donde había aguas subterráneas, pero nunca fueron capaces de construir acequias.

Los Aztecas
Ellos desarrollaron un sistema de regadío debido a la agricultura. En las regiones bajas y húmedas se abonaban las tierras quemando previamente los árboles, pero en las tierras secas y frías se utilizaba el sistema de regadío por medio de acequias aunque sus técnicas de riego eran muy pobres.

Los Incas
Ellos desarrollaron sus sistemas de regadío mejor que los dos grupos anteriores debido a la ganadería. Su sistema de regadío empleaba acequias de piedras perfectamente construidas.

Sorprendentemente que este pueblo capaz de una organización tan efectiva y de un sistema de regadío tan avanzado fuera incapaz de grandes creaciones tipo intelectual.

Las obras hidráulicas entre México e incas
Nuestros aborígenes no se limitaban a usar el agua desde el punto de vista ceremonial.

Ella era también determinante para el éxito de su vida económica y social, por tratarse de sociedades en las cuales la agricultura tenía un peso determinante.

Por eso hay que mencionar que las técnicas que se han usado en nuestro continente para poder aprovechar el agua, desde hace cientos de años, incluyen la captación, la transmisión, la reserva y la distribución del agua de los ríos, lagos o lluvias, para uso del hombre y los animales domésticos, así como para el riego de los terrenos agrícolas, mediante diversos métodos, tales como pozos, represas y canales.

La primera represa hidráulica que se conoce en México, la presa Mequitongo, situada en el valle de Tehuacán, parece haberse construido en el año 700 a.C. La superficie cubierta por esa represa se ha calculado en 2.38 hectáreas, y el volumen de agua retenida en unos 37,000 metros cúbicos. Poco tiempo después fue ampliada, para que contuviera un 1,437,000 metros cúbicos.

En cuanto al valle de Teotihuacán, en el año 100 a.C. existía un sistema de canales, tanto para riego como para control del agua de lluvia. Ya en el año 100 de nuestra era se construyeron canales primarios y secundarios; y un gran número de represas para el almacenamiento, control y distribución de agua. También se construyeron diques para desviar las aguas de los ríos y aprovecharlas, conducidas por canales, en terrenos situados a la orilla de los cauces. En fases posteriores, se utilizaron abundantes depósitos de agua, incluso algunos pozos realizados con muros de piedra, en la zona de Tlaxcala.

Cerca del año 700 de nuestra era, se construyó el acueducto Xiquila, en la zona de Tehuacán, para hacer el cual hubo que elaborar una plataforma o terraza donde colocar el canal, para lograr la pendiente requerida. Los muros de la terraza alcanzan hasta tres metros, y se encuentran situados a alturas diversas sobre el cauce del río, desde los cuatro hasta los doce metros. Se utilizaba, asimismo, una gran red de canales, de hasta siete kilómetros de longitud, que se originaban en manantiales de agua permanente, y se ramificaban para irrigar amplios terrenos.

Todas esas obras de ingeniería hidráulica pre-hispánica (diques, represas, sistema de canales, acueductos, etc.) permitían el mejor rendimiento de los cultivos. Se trataba de procesos tendientes tanto a evitar la erosión, como a irrigar la tierra cultivable.

Cuando los españoles llegaron a México, la belleza de Tenochtitlán y Tlatelolco les causó un fuerte impacto. En la detallada y admirada descripción de los cronistas, sobresale la mención al acueducto construido en época de Moctezuma I, apodado Ilhuicamina, El Iracundo. Entre las medidas sanitarias que ese gobernante dictó en beneficio de su pueblo, estuvo esa obra hidráulica, de más de tres millas de longitud, que iba desde Chapultepec y llevaba agua dulce hasta la ciudad, así como los puentes que había cada cierto trecho, en las tres calzadas principales, que dejaban que el agua fluyera de un lado a otro del lago. Había también en el México antiguo fuentes públicas, en donde las mujeres podían recoger agua para sus hogares.

Moctezuma I ordenó, asimismo, la construcción de un gran dique en el perímetro oriental de la capital, para evitar el desbordamiento de los lagos en la época de las lluvias.

Si pasamos la mirada por la historia de los pueblos incaicos, descubriremos que efectuaban diversas actividades rituales para provocar la caída de las lluvias, en las secas punas de los Andes Centrales y en las desérticas tierras de la costa. Esos pueblos también hacían complejos drenajes, tanto en los valles costeros como en los de las montañas, para proteger los cultivos de las lluvias torrenciales y de las inundaciones. Esas zanjas llegaban a tener hasta dos metros de alto por veinticinco de ancho y quinientos de largo. Sus funciones eran de avenamiento de subsuelo, drenaje, riego, piscicultura y fuente de nutrientes para el terreno.

También construían los incas unas hondonadas o depresiones artificiales, llamadas cochas, que se abrían en el terreno para acumular el agua de las lluvias, en las zonas de las tierras altas. Algunas de ellas tenían cincuenta metros de diámetro por dos, tres y hasta cuatro de profundidad. Entre varias de estas cochas había canales para alimentarlas de agua según la necesidad. La siembra la realizaban en sus orillas, que por estar siempre mojadas resultaban más fértiles que los otros terrenos de las mesetas.

En la costa de lo que hoy es Ecuador, por otra parte, algunos pueblos vivieron en suelos secos, con un régimen escaso de lluvias, de modo que desarrollaron importantes tecnologías para obtener agua para el consumo humano y para asegurar sus cosechas

Para el finales del siglo XV comienzos del siglo XVI hubo consecuencias indelebles debido a el descubrimiento por parte de los europeos de un nuevo continente, y éstas fueron:

• las ciencia avanzó : la geografía y la cartografía por el conocimiento de continentes y océanos, la comprobación de que la Tierra es esférica, la rectificación de límites, accidentes y cálculos equivocados que se tenían;
• las técnicas de navegación se superaron haciendo posible los viajes oceánicos con más seguridad.

Edad Media 900-1300, Humanismo y Renacimiento la recuperación del comercio era la importancia principal en el crecimiento de los pueblos medievales, pero otras fuerzas también contribuían a este movimiento.

Cambios en la agricultura tuvo un efecto marcable en el crecimiento de los pueblos. Los métodos mejorados en las granjas y la tecnología aumentaban la producción de la comida, mejoraba los estándares de vida y contribuían al aumento en la población. Al mismo tiempo, los progresos tecnológicos redujeron el número de personas que trabajaban en estas áreas. Por ejemplo el uso de la potencia del agua de conducir molinos, inventado antes de los tiempos de Cristo, vino a ser de uso común en Europa para los tiempos de las cruzadas.

Al comienzo del siglo XI más tierras se convirtieron en tierras cultivables cuando los bosques fueron arrasados, se drenaron los pantanos, y muchas tierras fueron reclamadas por el mar (es decir, que fueron inundadas). Los lores que trabajaron muchas de estas tierras salvajes necesitaron trabajadores para cavar las zanjas, construir los diques, cortar la madera, y desgarrar los troncos del árbol.

A medida que las ciudades crecían, la salud pública y las leyes de seguridad comenzaron a aparecer. Muy pocas personas podrían jactarse de la agua corriente en sus hogares, pero el agua de receptores de papel, de resortes, y de los ríos fue transmitida a las fuentes centrales, y a los baños públicos y privados fueron de un uso muy extenso desde 1300 en adelante.

Leonardo Da vinci (1452-1519)
En 1502 fue nombrado Ingeniero militar por César Borgia. De 1506 a 1508 se dedica a el estudio de los elementos fluidos. Había ideado la idea de un barco submarino. Este barco dotado de ruedas con paletas, según lo concibió Leonardo, debería navegar a 50 millas por hora. Un mecanismo accionado con las manos pondría en movimiento las paletas que medirían 90 cm. de largo

M Galileo Galilei (1564-1642). Como estudiante, tuvo una mente inquisitiva y fama de disputado. Aquí usted trata de un líquido-termómetro según galileo galilei con un tanque cilíndrico, transparente hecho del cristal del borosilicato, que se llena de un líquido tal como agua , en la cual se contienen varios cuerpos flotantes, que tiene gravedades volumétricas diferentes de uno a y de tal modo dependiendo de la subida de la temperatura o se hunde. El hecho de que Galileo tuviera que abandonar la Universidad de Pisa resultó afortunado, pues obtuvo un empleo mejor pagado en la Universidad de Pasuda. Su vida fue feliz y productiva durante muchos años.

Estableció un taller para fabricar instrumentos como brújulas magnéticas, termómetros y telescopios. También llegó a ser un experto en la construcción de fortificadores militares.

Siglo XVII
Pedro el grande Rusia fue el que llevó el movimiento de actualización. Fascinada por el avance europeo, él desarrolló la educación en Rusia y básicamente en las ciencias.

Después de Pedro el grande le siguieron muchos sucesores débiles. El nieto de Pedro el grande, Pedro III, era un incapacitado mental para regir Rusia y para enfrentar a sus enemigos. Pero la esposa de Pedro III, Catalina sí tenía el vigor, como princesa alemana que era, se proclamó a sí misma Catalina III para hacerce a cargo del Imperio Ruso.

Catalina la grande, como se le conocía, siguió el trabajo de Pedro el Grande, y con ella la modernización total del sistema.

En Inglaterra las vías acuáticas también sobrellevaron un cambio. Los ríos fueron drenados para hacerlos lo más navegables y en 1761 uno de los primeros canales modernos de la época fue excavado. Construído por el dique del puente para unir algunas de las minas de carbón de la ciudad de Manchester, este camino acuático de 7 millas fue tan extenso que el precio del carbón en Manchester cayó en un 80%. La construcción en un canal resultó. Hacia 1830 Inglaterra tenía una de los mejores sistemas de vías acuáticas dentro de tierra en el occidente. Así se expandió una manía de "canales "que llegó hasta Estados Unidos donde el canal Erie fue terminado en 1825.
A partir de este siglo, los que marcaron un hito en la historia de la mecánica de Fluidos fueron notables científicos que dedicaron su tiempo y mente en ello, a continuación algunos de ellos.

Mariotte, Edme (1620-1684)
Construyó el primer túnel de aire y probó modelos en él.

Pascal, Blaise(1623-1662)
. Desarrolló su propia teoría sobre el vacío y publicó sus experiencias científicas al respecto, que repetían el experimento de Toricelli, bajo el título de "nuevos experimentos sobre el vacío". La física le debe sobre todo el principio que lleva su nombre, en el que se basa la prensa hidráulica.

Principio de Pascal: Dado un recipiente provisto de varios tubos laterales y una central con un émbolo, si, una vez colocado el líquido en su interior se ejerce una fuerza T en el émbolo produciendo una presión P= T/s, se puede ver como el nivel aumenta en todos los tubos, hasta igualar las alturas. Esto es lo que establece el principio de Pascal: "La presión ejercida en la superficie libre de un líquido se transmite íntegramente a todos los puntos de la masa líquida."
Toricelli, Evangelista(1608-1647)

Inventó el barómetro de mercurio, con el que demostró la existencia de la presión atmosférica.

A la vez, fue el primero que trató de calcular la presión atmosférica, para la que empleó un tubo de aproximadamente un metro de longitud, cerrado en un extremo, que llenó de mercurio sin dejar burbujas. Tapó su extremo libre y lo introdujo -invertido- en un recipiente, que también contenía mercurio. Al destapar el tubo su columna mercurial descendió hasta 76cm. Lo cual indica que en la superficie libre de la cubeta actúa a una presión que impide el descenso total y que ésta es igual que la presión hidrostática de la columna de mercurio de 76cm.

Además, la diferencia entre las superficies libre de la cubeta y el nivel de la columna mercurial es la misma aunque la longitud del tubo que la contiene aumente.
Tor es una unidad llamada así en honor a Torricelli. Es la presión ejercida por una columna de 1mm de mercurio.
1Tor=1mm de Hg de donde se deduce 1atm= 760 Tor

Sir Isaac Newton(1642-1727)
La aceleración a es fundamental en Mecánica de Fluidos, ya que aparece en la segunda ley de Newotn. Pero el mayor aporte de Newton en la mecánica de fluidos obedece a la ecuación que él propuso por primera vez en 1687:
t =m (dq /dt) =m (du/dy),
los fluidos que responden a esta ecuación se les llama fluidos newtonianos.

En Mecánica de Fluidos no estudiamos la evolución de q (t), sino que concentramos la atención en la distribución de velocidad u(y). Los fluidos que no responden a esta ecuación se le denominan fluidos no-newtonianos. En la pared, la velocidad u es cero respecto a la pared: este hecho recibe el nombre de condición de no deslizamiento y es una característica de todos los fluidos viscosos.

La viscosidad de un fluido newtoniano es una auténtica propiedad termodinámica y varía con la temperatura y la presión.

Siglo XVIII
Mientras tanto apareció en el medio la innovación de una máquina de vapor. Construido debido a experimentos aplicados en el siglo XVII, una planchador inglés llamado Thomas Newcomen inventó una máquina de vapor. Cerca de 1705, las máquinas de Newcomen fueron bastamente empleadas para bombear hacia fuera agua de las minas.

Este fue un modelo de los que se le encomendó a James Watt reparar en 1763. Su nueva máquina fue patentada en 1769, y era 4 veces más eficiente que predecesora. Después que Watt encontró una manera de hacer que ésta rotara en 1781, se usó para más usos aparte de bombear agua.

La máquina de vapor también tuvo un efecto drástico en la transportación del agua. Robert Fulton, un inventor americano, compró una máquina de la firma de james Watt para usarla en un barco. En 1807 su barco "Clermont" vaporó 150 millas desde la ciudad de N.Y. por el río Hudson, hasta Albania en sólo 32 horas. El barco de Fulton no fue la única embarcación de vapor, pero fue la primera en ser un éxito práctico y financiero. En los siguientes siglos los vapores se convirtieron de uso común en viajes hacia las islas y travesías costeras cortas. Con la máquina de vapor de newcomen, se comienza y explora un nuevo amanecer tecnológica en la historia humana, es lo que llamamos "La Revolución Industrial". A continuación algunos científicos que ayudaron en la ampliación de la mecánica de fluidos en este siglo.

D´Alaembert, Jean le Rond(1717-1783)
Jean d'Alembert era un pionero en el estudio de ecuaciones diferenciales e inició su uso en de la física. Él estudió el equilibrio y el movimiento de líquidos. En 1741 lo admitieron en la academia de París de ciencia, donde él trabajó para el resto de su vida. Él era un amigo de Voltaire. En 1744 él aplicó los resultados al equilibrio y al movimiento de líquidos. Él era un pionero en el estudio de ecuaciones diferenciales e inició su uso en de la física
Él hizo trabajos importantes en la fundación de análisis y en 1754 en un artículo de Derecho Diferencial en el volumen 4 de una enciclopedia sugirió que la teoría límite estaba fuertemente fundada. D'Alembert también estudió la hidrodinámica, la mecánica de cuerpos rígidos, el problema three-body en astronomía y la circulación atmosférica. D'Alembert rechazó a un gran número de ofertas en su vida. Él declinó una oferta de Frederick II para ir a Prussia como presidente de la academia de Berlín. Él también rechazó a una invitación de Catherine II de ir a Rusia como profesor particular para su hijo.

Borda, Jean Charles(1733-1799)
Borda, matemático francés y astrónomo náutico, lo eligieron en 1756 a la academia de ciencias después de la presentación de sus proyectiles de Memoire sur le mouvement des. Sus numerosos ensayos se ocuparon de problemas de la ingeniería de marina y de la hidrodinámica. Él trabajó con fluidos mecánicos, estudió el flujo de fluido en diversas situaciones tal como nave, artillería, bomba e instrumentos científicos. Con su instrumento él midió un arco, un meridiano y fue un impulsor importante de la fuerza en la introducción del sistema decimal.

Borda hizo un buen uso de cálculo y del experimento de unificar áreas de la física. Él también desarrolló una serie de vectores trigonométricos conjuntamente con las técnicas que examinaba. En 1782, mientras comandaba uno flotilla de 6 naves francesas, él fue capturado por los británico y luego debido a su frágil condición de salud murió.

Bernoulli, Daniel(1700-1782)
Relaciona las presiones, alturas y velocidades de 2 partículas de un líquido incompresible y carente de viscosidad, situadas en distintos puntos de una conducción.

La expresión: p+d*g*h+½d*v2 = constante constituye el teorema de Bernoulli, que se enuncia de la siguiente manera: «la suma de la presión estática, p (debida al movimiento aleatorio de las partículas), de la presión dinámica, ½ d* v2, y de la presión hidrostática, d*g*h (debida al propio peso del líquido), permanece constante a lo largo del líquido en movimiento.»
Formuló la Ley homónima que establece la relación entre la altura que alcanza un líquido cuando asciende por el interior de un tubo capilar y el diámetro de este mismo tubo. Al introducir dentro de un líquido un tubo de vidrio de radio pequeño se observa que el líquido es de los que mojan el recipiente, y que sufre un descenso en el caso de los líquidos que no mojan a la vasija.

Los tubos que permiten la observación de estos fenómenos se denominan tubos capilares, aludiendo dicho nombre a su pequeño diámetro, que puede ser del orden de un cabello.

Para explicar este fenómeno, debido a la tensión superficial del líquido, basta descomponer dicha fuerza en el punto de contacto entre líquido y vasija. La tensión superficial, representada por la fuerza T , tangente a la superficie del líquido, se descompone en las fuerzas T1 y T2; la primera, dirigida hacia arriba, es la que obliga al líquido a subir por el tubo y la segunda es una fuerza de adherencia que actúa de roce en el movimiento del líquido.

Estas condiciones permiten enunciar la ley de Jurín: «la altura alcanzada por un líquido en un tubo capilar es proporcional a la tensión superficial e inversamente proporcional al radio del tubo y a la densidad de líquido».

Euler, Leonard(1707-1783).
Cuando él introdujo el análisis de infinitos, dio el primer tratamiento analítico completo de la álgebra, de la teoría de ecuaciones, de la trigonometría, y de la geometría analítica. Él también trabajó con cálculo y sus variaciones, teoría del número, y números imaginarios.
Euler dio una descripción de una vista posible para analizar los problemas en mecánica. Esta descripción es apropiada para la Mecánica de fluidos y trata del campo del flujo y se denomina método descriptivo euleriano. En el método euleriano calculamos el campo de presiones p(x,y,z,t) del flujo, y no los cambios de presión p(t) que experimenta una partícula al moverse.
El número de Euler (coeficiente de presión), Eu=Pa/r U2, es poco importante a menos que las caídas de presión sean lo suficientes para dar lugar a formación de vapor (cavitación) en el líquido. El número de Euler se escribe a menudo en función de las diferencias de presión, Eu=D p/r U2. Si D p incluye la presión de vapor Pv, se denomina número de cavitación Ca=(Pa-Pv)/( r U2).

Pitot, Henri(1695-1771)
Construyó un dispositivo de doble tubo para indicar la velocidad del agua a través de una cabeza diferencial.

Chezy, Antoine(1718-1798)
Formuló parámetros de similitud para predecir las características de flujos de un canal tomadas de las medidas de otro canal.

Venturi, Giovanni Batista(1746-1822)
Físico italiano, que se distinguió por sus estudios sobre hidráulica, los sonidos audibles y el color. El efecto venturi se basa en la aplicación del teorema de Bernoulli y la ecuación de continuidad

Laplace, Pierre Simon(1749-1827)
Laplace probó la estabilidad del Sistema Solar. En análisis Laplace introdujo la función y los coeficientes potenciales de Laplace. Él también puso la teoría de la probabilidad matemática en oídos de todos. En sus años posteriores él vivió en Arcueil, a donde él ayudó encontró el Societe d'Arcueil y animó la investigación de científicos jóvenes. Laplace presentó su hipótesis nebular famosa en el monde de du systeme du de la exposición (1796), que vio la Sistema Solar como originando de contraer y de refrescarse de un grande, aplanado, y la nube lentamente que rotaba del gas incandescente.

Laplace descubrió el invariability de movimientos malos planetarios. En 1786 él probó que las excentricidades y las inclinaciones de órbitas planetarias siguen siendo el uno al otro siempre pequeñas, constantes, y self-correcting. Estos resultados aparecen en su trabajo más grande, Trait3e du M3ecanique C3eleste publicado en 5 volúmenes concluído 26 años (1799-1825). Laplace también trabajó en probabilidad y en detalle derivó la menos regla de los cuadrados. Su DES Probabilit3es de Th3eorie Analytique fue publicado en 1812.

Lagrange, Joseph-Louis(1736-1813)
El aporte de Lagrange a la mecánica de fluidos fue el método que sigue a las partículas en su movimiento, se denomina a esta ecuación descripción lagrangiana. Esta ecuación es más apropiado para la mecánica de sólidos. Sin embargo, los análisis numéricos de algunos flujos con límites muy marcados, como el movimiento de gotitas aisladas, se llevan a cabo mejor en coordenadas lagrangianas.

Jurín, James(1684-1750)
Médico, fisiológico y matemático británico que formuló la Ley homónima que establece la relación entre la altura que alcanza un líquido cuando asciende por el interior de un tubo capilar y el diámetro de este mismo tubo.

Ludwig Hagen, Gotthilf Heinrich(1797-1884)
Condujo estudios originales sobre la resistencia y la transición entre flujos laminares y turbulentos.

Siglo XIX

M Reynolds, Osborne(1842-1912)
Reynolds mediante diversas experiencias, demostró en 1883, que la velocidad crítica es directamente proporcional a la viscosidad "? "del fluido, e inversamente proporcional a su densidad "d" y al diámetro "f" de la tubería, de modo que Vk viene dada por:
Vk= 2400 (?/ d*f)
que al multiplicar y dividir el segundo miembro por la velocidad "v" del fluido queda la forma: Vk= 2400 (?*v/d*v*f)
El cociente (d*v*f/?) recibe el nombre de "número de Reynolds" y se representa por R. R= (d*v*f/ ?) (Un fluido viscoso, al circular por una tubería, puede hacerlo un régimen laminar o turbulenta).

--Es preciso hacer una observación. Puesto que la fórmula de Reynolds es empírica, su interpretación no debe hacerse rigurosamente, es decir, el valor R=2400 no marca de una forma definitiva el paso del régimen laminar al turbulento, sino solo aproximadamente.

Valores de R muy inferiores o muy superiores a 2400 determinan, sin lugar a dudas, la exitencia de un régimen laminar o turbulento, respectivamente; pero si el valor de R es relativamente próximo a 2400, el régimen puede ser laminar o turbulento , pudiendo incluso darse el caso de que sea alternativamente uno y otro. El número de Reynolds es siempre importante haya o no superficie libre, su efecto puede despreciarse sólo fuera de las regiones donde hay gradientes altos de velocidad, por ejemplo, lejos de superficies fijas, chorros o estelas.

Weisbach, Julius(1806-1871)
Incorporó lo hidráulico en tratados de ingeniería mecánica basado en experimentos originales; notables para patrones de flujo, coeficientes adimensionales, presas y ecuaciones de resistencia.

Gaspard Darcy, Henri Philibert(1803-1858)

Ejecutó pruebas extensas sobre la filtración y la resistencia; inició estudios sobre canales abiertos llevados a cabo por Bazin.

Cauchy Augustin-Louis(1 789-1857)
Cauchy al inicio estudió el análisis y la teoría de los grupos de la permutación. Él también investigó en convergencia y divergencia de la serie infinita, de ecuaciones diferenciales, de determinantes, de probabilidad y de la física matemática.
Él inició el estudio del análisis y la teoría de los grupos de la substitución (ahora llamados los grupos de la permutación). Cauchy probó en 1811 que los ángulos de un poliedro convexo son determinados por sus caras. En 1814 él publicó la memoria en integrales definidos que se convirtieron en la base de la teoría de funciones complejas. Sus otras contribuciones incluyen investigan en convergencia y divergencia de la serie infinita, de ecuaciones diferenciales, de determinantes, de probabilidad y de la física matemática.
Los términos numerosos en matemáticas llevan su nombre:- el teorema integral de Cauchy, en la teoría de funciones complejas, el teorema de la existencia de Cauchy-Kovalevskaya para la solución de ecuaciones diferenciales parciales, de las ecuaciones de Cauchy-Riemann y de las secuencias de Cauchy. Cauchy era el primer para hacer un estudio riguroso de las condiciones para la convergencia de la serie infinita y él también dio una definición rigurosa de un integral. Su d'analyse de Cours del texto en 1821 fue diseñado para los estudiantes de la École Polytechnique y referido a desarrollar los teoremas básicos del cálculo como riguroso como posible. El d'analyse de los ejercicios del texto 4-volume et el mathematique de physique fue publicado entre 1840 y 1847 probó ser extremadamente importante.

Él produjo 789 ensayos de matemáticas pero fue aversión por la mayoría de sus colegas. Él visualizó la obstinación autosuficiente y un fanatismo religioso agresivo.

Froude, William(1810-1871)
Desarrolló muchas técnicas del remolque-tanque, en detalle la conversión de la onda y de la resistencia de la capa del límite del modelo a la escala del prototipo

Stokes, George Gabriel(1819-1903)
George estableció la ciencia de la hidrodinámica con su ley de la viscosidad.

Stokes publicó un ensayo sobre movimiento incompresible del líquido en 1842-43 y líquido en fricción en movimiento y equilibrio y movimiento elástico sólido en 1845. En 1849 Stokes fue designado profesor de Lucasian impartiendo matemáticas en Cambridge.

En 1851 Stokes fue elegido por la real sociedad como secretario de la sociedad de 1854 a 1884 cuando él fue elegido presidente. Él investigó la teoría de la onda de luz, nombró y explicó el fenómeno de fluorescencia en 1852, y en 1854 teorizó una explicación sobre la línea Fraunhofer del espectro solar. Él sugirió que éstos fueran causados por los átomos en las capas externas del sol que absorbía ciertas longitudes de onda. Sin embargo cuando Kirchhoff publicó más adelante esta explicación, Stokes negó cualquier descubrimiento anterior.
Sus ensayos matemático y físico se publicaron en 5 volúmenes, los primeros 3 que Stokes corregió en 1880, 1883 y 1891.

Los otros 2 fueron corregidos por sir José Larmor en 1887 y 1891. Experimentos originales descritos en muchos campo-cavitación, semejanza modelo del río, tubo resistencia-e ideado dos parámetros para el flujo viscoso; ecuaciones adaptadas del movimiento de un líquido viscoso para significar condiciones turbulento del flujo

Lord Rayleigh(John William Strutt)(1842-1919)
Su primer ensayo en 1865 se trataba sobre la teoría electromágnetica de Maxwell. Él trabajó en la propagación del sonido y, mientras que en una excursión a Egipto tomado por razones de la salud, Strutt escribió el tratado en el sonido (1870-1). En 1879 él escribió un ensayo sobre ondas que viajaban, esta teoría ahora se ha convertido en la teoría de solitons. Su teoría de la dispersión (1871) era la primera explicación correcta del porqué el cielo es azul. En 1873 él tuvo éxito al título de barón Rayleigh. A partir la 1879 a 84 él era el segundo profesor de Cavendish de la física experimental de Maxwell que tenía éxito de Cambridge. Entonces en 1884 él fue secretario de la sociedad real.

Rayleigh descubrió el argón en 1895, el trabajo del gas inerte que le ganó un premio Nobel, en 1904.

Poiseuille, Jean Louis(1799-1869)
Desarrolló pruebas meticuloso en la resistencia de flujos a través de tubos capilares.

Manning, Robert(1816-1897)
Propuso varias fórmulas para resistencia de canales abiertos.

Mach, Ernst(1838-1916)
Uno de los pioneros en el campo de aerodinámicas supersónicas.

 

Claude Louis Marie Henri Navier(1785-1836)
Navier fue educado en el Ecole Polytechnique y luego se convirtió en un profesor allí en 1831. A partir de 1819 hasta su muerte él fue profesor en el DES Ponts et Chaussées de École. Él trabajó en asuntos aplicados tales como ingeniería, elasticidad y mecánicas del líquido. Él hizo contribuciones a las series de Fourier Y a su aplicación. Él dio las ecuaciones bien conocidas de Navier-Stokes para un líquido incompresible en 1821. En 1822 él dio las ecuaciones para los líquidos viscosos. Él era un especialista en camino y diseñando puentes edificio, él fue el primero en desarrollar una teoría de suspensión de puente que hasta entonces se tenía que hacer una teoría empírica.

 

Siglo XX
El hombre explora el espacio en este siglo. Muy relacionado al siglo XX los avances en la tecnología de aviación y tecnología militar estaban la exploración del espacio.

El área más allá de la atmósfera de la tierra, la cual se extiende alrededor de cientos de millas.

Al principio de siglo, los científicos comenzaron trabajos intensivos sobre los cohetes proyectiles dirigidos por la presión de gases en combustión.

Robert H. Goddard, americano, pionero en el campo, discutió los principios del uso de cohetes para vuelos espaciales en un ensayo científico de 1919, y despegó el primer cohete de combustible líquido en 1926. Alemania y la Unión Soviética fueron los países que desarrollaron esta nueva tendencia del siglo XX, y luego E.U.

Buckingham, Edgar(1867-1940)
Estimuló intereses en los Estados Unidos en el uso de análisis dimensionales.

Ludwig Prandtl(1875-1953)
El concepto introducido de la capa del límite y se considera generalmente ser el padre de mecánicos flúidos actuales

En 1901 él se hizo profesor de mecánica en la universidad de Hannover, en donde él continuó sus esfuerzos anteriores de proporcionar a una base teórica sana para la mecánica de fluidos. El matemático famoso Felix Klein, que tensionó el uso de las matemáticas en la educación de la ingeniería, se interesó en Prandtl y lo tentó para venir a la universidad de Gottingen.

Él sirvió como profesor de mecánica aplicada en Gottingen a partir de 1904 a 1953; la ciudad reservada de la universidad de Gottingen se convirtió en un centro internacional de la investigación aerodinámica.

En 1904 Prandtl concebió la idea de la capa del límite, que colinda la superficie de un cuerpo que se mueve a través de un líquido. Es quizás el descubrimiento más grande de la historia de la mecánica de fluidos. Él mostró que los efectos friccionales en un líquido levemente viscoso están confinados a un cerca de capa delgada a la superficie del cuerpo; el resto del flujo se puede considerar no viscoso. La idea condujo a una manera racional de simplificar las ecuaciones de movimientos en las diversas regiones del campo del flujo. La técnica de la capa del límite se ha generalizado y se ha convertido desde entonces una herramienta más útil de muchas ramificaciones de la ciencia. Él hizo innovaciones notables en el diseño de los túneles de viento y del otro equipo de la aerodinámica. El suyo advocado de monoplanos avanzó grandemente la aviación de naves más pesadas que el aire.

 En mecánica de fluidos experimentales él diseñó el tubo pitot-static para la velocidad que medía. En teoría de la turbulencia él contribuyó la teoría de la longitud que se mezclaba. Hacia a final de su carrera Prandtl se interesó en la meteorología dinámica y publicó un ensayo generalizando la espiral de Ekman para flujos turbulentos.

Prandtl estaba dotado con la visión rara para entender fenómenos físicos. Su maestría de trucos matemáticos era limitada; muchos de sus colaboradores eran de hecho un matemático mejor. Sin embargo, Prandtl tenía una capacidad inusual en poner ideas en formas matemáticas simples. En Prandtl 1948 publicado un libro de textos simple y popular en los mecánicos flúidos, que se ha referido en varios lugar aquí. Su interés y simplicidad variados del análisis es evidentes a través de este libro. Prandtl murió en Gottingen en 1953.

Ferry Moody, Lewis(1880-1953)
Previó muchas innovaciones en el campo de la maquinaria hidráulica; propuso un método correlativo a los datos de resistencia en tuberías y cañerías, los cuales son muy usados.

Heinrich Blasius, Paul Richard(1883-1970)
Fue estudiante de Prandtl y dedujo una solución analítica para las ecuaciones de (boundy layer)

Von Kármán, Theodor(1881-1963)
En 1911 él hizo un análisis alternado de doble fila de vórtice detrás en un curpo plano en un flujo que ahora se conoce como el vórtice de Kármán. El año siguiente Kármán validó un puesto como director del Instituto Aeronáutico en Aquisgrán en Alemania. Él visitó los E.E.U.U. en 1926 y cuatro años más tarde le ofrecieron el puesto de Director del Laboratorio Aeronáutico en la California Institute of Technology. Él fundó el Instituto de los E.E.U.U. de Ciencias Aeronáuticas en donde él continuó su investigación sobre la mecánica de fluidos, teoría de la turbulencia y vuelo supersónico. Él estudió aplicaciones de las matemáticas a la ingeniería, a las estructuras del avión y a la erosión del suelo.

Strouhal, Vincez(1850-1922)
Investigó el fenómeno de "singing wires".

Weber, Moritz(1871-1951)
Enfatizó el uso del principio de similitud en el estudio del flujo de fluidos y formuló parámetros de similitud capilar.

Curiosidades históricas de la mecánica de fluidos

Historia de los acueductos
La palabra acueducto deriva de la palabra latina que significa conducción de agua. Hacia el año 700 a.C., Senaquerib, rey de Asiria de 704 a 681 a.C., mando construir un acueducto que abasteciera de agua su capital, Ninive. Por la misma época, Ezequías, rey de Judá entre 715 y 686 a.C., aproximadamente, eidficó a su vez un acueducto que lleva el agua a Jerusalén.

Pero el sistema de transporte de agua más extenso de la antigüedad fue quizá el construido por los romanos. El primero que construyeron, Aqua Apia, era un acueducto subterráneo de 16 km de longitud. Fue erigido durante el mandato de Apio Claudio (llamado el Ciego), por lo cual se llamó posteriormente Vía Apia, hacia año 310 a.C. El primer acueducto romano que transportaba el agua sobre la superficie del suelo fue el Aqua Marcia, en Roma; tenía una longitud de 90 km y fue construido por el pretor Marcio en el año 144 a.C. La sección de este acueducto, soportada por puentes, medía unos 16 km.

Diez acueductos suministraban agua a la antigua ciudad de Roma, unos 140.000 m3 de agua al día. En la actualidad se encuentran porciones de ellos que todavía están en funcionamiento, y proporcionan agua a las fuentes de Roma. Los antiguos romanos también construyeron acueductos en otros lugares de su imperio, muchos de los cuales se mantienen todavía en buen estado: el acueducto sobre el canal de Francia; el de Segovia en España y el de Éfeso en Turquía.

A partir del siglo XIX el aumento de la población en las zonas urbanas obligó a realizar grandes obras de conducción y tratamiento de las aguas. Se comenzaron a utilizar las instalaciones de conducción de sifón basadas en el empleo de distintas presiones. Los acueductos modernos han modificado su estructura y están integrados por grandes tuberías de hierro, acero o cemento. Su función es suministrar agua a grandes zonas secas (California) y distribuirla en amplias zonas de regadío (Francia).

En tiempos más recientes se han construido extensos acueductos en Europa.

El acueducto que transporta agua a Glasgow mide 56 km; el de Marsella, terminado en 1847, 97 km; el de Manchester tiene 154 km de longitud; el de Liverpool mide 109 km; y el segundo acueducto Kaiser Franz Joseph, en Viena mide 232 kilómetros.

En EEUU se han construido complejos sistemas de acueductos para transportar agua a las ciudades como Boston, Baltimore, Washington, St. Louis, Nueva York y Los Ángeles. El sistema de acueductos que suministra agua a la ciudad de Nueva York tiene más de 322 km de longitud; la mayor parte es subterránea. Los principales acueductos bajo la ciudad de Nueva York se encuentran de 60 a 180 metros por debajo del nivel del mar. El acueducto Delaware transporta diariamente 3 millones de m3 de agua desde los Montes Catskill a Nueva York; su longitud, 137 km, lo convierte en el túnel de transporte continuo más largo del mundo.

Túneles de ayer y hoy
Los primeros túneles conocidos se destinaron a llevar agua a las ciudades. Siete siglos A.C. se cavó en las roca un túnel para llevar agua a Jerusalem desde un manantial situado a 330m de sus muros. Pero el que puede considerarse la primera obra técnica es el túnel cavado en la isla griega de Samos hacia el año 530D.C. tenía más de 1Km de largo y dirigió la excavación Eupalino de Megara el primero que se haya tenido memoria que haya recibido el título de arquitecto.

Muchos túneles se han cavado en el curso de los siglos la mayor parte para llevar agua pero muchos como pasajes secretos desde los castillos o como elemento técnico militar básico para atacar las fortalezas feudales.

En los siglos XVII y XVII durante la era de construcciones de canales en Europa, se cavaron muchos túneles para el paso a través de los montes. En 1926 se terminó en Francia un enorme túnel. Va de Marsella al río Ródano situado a unos 7Km de las ciudad. Su anchura es 6 veces mayor que el túnel ferroviario corriente.

En el lejano oeste Norteamericano está el acueducto del río Colorado la operación de perforación más asombrosa de la historia. Abarca 173Km de túneles y conduce agua a lo largo de 396Km desde Colorado hasta las ciudades del Sur de California, el acueducto de Catskill lleva agua a la ciudad de N.Y. y casi la mitad de su recorrido es de 147Km y lo hace por túneles que alcanzan una profundidad de 370m bajo el nivel del mar. En 1960 el acueducto Delaware que consta de 121Km de túneles profundos por los que el agua corre a presión también empezó a llevar agua a N.Y. pero el más notable del mundo es el de Stornorrfons en Suecia en el que cabría fácilmente un edificio de 5 pisos. Sólo mide 4Km de largo pero tiene una sección transversal de uno 450Km2.

Medidas

Medidas empleadas en la actualidad
SISTEMAS DE UNIDADES.
Sólo tres magnitudes y unidades fundamentales son necesarias en Mecánica de Fluidos. A estas tres hay que añadir otras tres cuyo uso es exclusivo de la Electricidad, Optica, etc. A las magnitudes y unidades obtenidas de las fundamentales se las denominan derivadas. Los sistemas de unidades más utilizados son:

- SISTEMA GIORGI (MKS)
Magnitudes fundamentales: masa (M), longitud (L), tiempo (T).
Unidades fundamentales: kilogramo (kg), metro (m), segundo (s).
OBS: el sistema Cegesimal (CGS) no es un sistema distinto al Giorgi (MKS) ya que sus unidades son submúltiplos del Giorgi.

- SISTEMA TECNICO (ST)
Magnitudes fundamentales: fuerza (F), longitud (L), tiempo (T).
Unidades fundamentales: kiloponds (kp), metro (m), segundo (s).
OBS: en ambos sistemas las unidades de longitud (metro) y de tiempo (segundo) son las mismas. El sistema Giorgi es un sistema másico porque la magnitud fundamental es la masa (la fuerza es magnitud derivada), y el sistema Técnico es un sistema gravitatorio porque la magnitud fundamental es la fuerza (la masa es magnitud derivada).
Los sistemas ingleses más utilizados son también uno másico (libra masa, pie, segundo) y otro gravitatorio (libra fuerza, pie, segundo).

 

- SISTEMA INTERNACIONAL (SI)
Magnitudes fundamentales: masa, longitud, tiempo, intensidad de corriente eléctrica, temperatura, intensidad luminosa, cantidad de sustancia.
Unidades fundamentales: kilogramo (kg), metro (m), segundo (s), Amperio (A), kelvin (K), candela (cd), mol (mol).

DEFINICIONES DE LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES:
KILOGRAMO: es la masa del prototipo internacional de platino iridiado que se conserva en la Oficina Internacional en las condiciones fijadas en la I Conferencia General de Pesas y Medidas (1889).

METRO: es la longitud igual a 1.650.763,73 longitudes de onda en el vacío de la radiación correspondiente a la transición entre los niveles 2p10 y 5d5 del átomo de Criptón 86 (XI C.G.P. y M.- Resolución 6 / 1960).

SEGUNDO: es la duración de 9.192.631.770 períodos de la radiación correspondiente a la transición entre los dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de Cesio 133 (XIII C.G.P. y M. – Resolución 1 / 1967).
Ejemplo: Expresar las unidades derivadas de fuerza y de presión en el sistema SI.
a) F = m . a (ecuación física según la 3° ley de Newton).
1 F = 1 kg . m/s2 (SI)
A esta unidad de fuerza en el sistema SI se denomina Newton (N).
b) p = F/A (ecuación física según definición de presión).
1 p = 1 N/m2 = 1 kg/m . s2
A esta unidad de presión en el sistema SI se denomina Pascal (Pa).

 

Aplicación
Modernas técnicas para cavar túneles
Así como hay distintas clases de túneles hay diversas maneras de hacerlos. Una de ellas es con taladros y dinamita. ¿Pero de qué sirven los taladros y la dinamita en el barro debajo de un río? ¿Cómo practicar un túnel a través del barro y el agua, que volverán a llenarlo con la misma rapidez con que pudiera ser abierto?

Hay 2 medios de hacerlo: una consiste con llenar el túnel con aire comprimido. Apenas los trabajadores han abierto una porción de galería, aún en tierra firme, se cierra el túnel a sus espaldas, con un sistema de puertas herméticas, que se inyecta aire comprimido en la cámara donde se hallan los operarios excavando el túnel. La presión de ese aire evita que el barro y el agua penetren en la galería en construcción. Como ésta va siendo forrada de materiales resistentes, cuando se sale a la otra orilla el tubo del túnel ya está consolidado, y la presión interior resulta entonces innecesaria.

El otro medio consiste en hacer penetrar un gran casquete o escudo de acero en la tierra del diámetro del túnel que se va a construir. Dicho escudo sostiene el barro y aparta el agua. A medida que se va construyendo el túnel con acero y hormigón, unos gatos hidráulicos van empujando el escudo hacia delante.

Hay aún otra manera de hacer la galería sobre el lecho de un río, de un puerto o de un canal, y dicho método se usó en el túnel de Posy. Se construye todo el túnel, en secciones, sobre la tierra. Luego se cava un gran foso en el fondo del río y se unen en este las estructuras de acero, opturadas con hormigón. Una vez ensambladas se abre a través del material del relleno un paso al ferrocarril.

Hasta ahora, sólo se ha hablado de los países pequeños donde la superpoblación obliga a administrar, con la mayor economía posible, las riquezas proporcionadas por la naturaleza. A fines de la década de 1920 Rusia, un país de enormes dimensiones inició un plan a largo plazo para desarrollar su red fluvial en basta escala a pesar de que si Estados Unidos en lo relativo en el kilometraje de sus ferrocarriles, grandes extensiones de los inmensos bosques y hermosas e interminables etapas estepas rusas carecen de medio de transporte. Era bastante frecuente que la gente pasara hambre en una región, mientras que en otra sobraba los alimentos. La construcción de ferrocarriles suficientes para transportar sus mercaderías, sobre todo en tiempos de guerra, resultaba algo largo y costoso, y por ello Rusia se volvió, naturalmente, hacia el transporte por agua.

El gran Volga
De acuerdo con ese plan el río Volga, ese gran curso de agua que describe meandros desde el golfo de Finlandia hasta el mar Caspio, debía ser el corazón del basto sistema fluvial. Todos los ríos importantes de la Rusia europea así como muchos de los asiáticos, quedaron incorporados al sistema. Y también se haría que 6 océanos y mares sirvieran a la nación. El proyecto incluía el dragado de los ríos para liberarlos del aluvión acumulado en ellos, el angostamiento de canales y la construcción de represas. Regulando el fluir del agua, abría suficiente para regar extensas regiones y para producir fuerza motriz, además de contar con una excelente red de canales navegables.

El plan incluía el uso del agua del río Don, que fluye cerca del Volga en el punto donde está la ciudad de Stalingrado, para aumentar el caudal del Volga. De lo contrario se reduciría de tal modo la corriente de agua que el Volga desagua en el mar Caspio haciendo más salobre aún lago más salado, que morirían los valiosísimos peces contenidos en él. Desde luego, también integrada el plan la idea de hacer del Don, y uno de sus afluentes el Donetz, un camino fluvial. Las minas de carbón más activas de Rusia están en la cuenca del Donetz. Construyendo canales e introduciendo otras mejoras para hacer trabajar el poderoso Dnieper, se podía transportar a menor costo el carbón. Además los barcos petroleros de Bakú, un puerto del Mar Caspio, podían remontar el Volga, viajar aguas abajo por el Don y navegar por el Dnieper, llegando por fin al importante puerto de Odesa, centro de cereales, lana y ganado y, sobre todo, situado en el mar Negro, desde donde los barcos podrían tener acceso a todos los océanos del mundo.

El hermoso gran canal
Desde el siglo VIA.C. el gran canal ha permitido transportar mercancías desde la cuenca de Yantsé hacia el norte. Abarca unos 1600Km desde Hangchow hasta Tungchow. Pero los cambios de curso del Hoan-Ho Han impidió, a menudo, usar ciertas partes. Fue un medio para evitar que muchas embarcaciones chinas cayeran en poder de los nipones durante la guerra y, aunque necesitaría reparaciones, sigue siendo un medio importante para el traslado de pasajeros y carga.

Ríos en Estados Unidos
El gobierno de los Estados Unidos ha invertido más de 1250 millones de dólares en el mejoramiento de los cursos de aguas nacionales. La mayoría del trabajo fue realizado por los ingenieros militares. El dinero gastado en el mejoramiento de la red fluvial de un país es, por lo general, una productiva inversión. No sólo el transporte por agua resulta más barato sino que, al mejorar los ríos, se impide las inundaciones y, a menudo, eso permite usar el agua para la fuerza motriz y el río.

Caminos acuáticos excavados en la tierra
Hay un sitio donde se puede cruzar América en un solo día. Está en Panamá.

Hace alrededor de medio siglo, un barco que estaba en el costado Atlántico de Panamá tenía que recorrer casi 8 mil millas, dando la vuelta a toda América del sur para llegar a un punto del pacífico situado a sólo 65Km a través de Panamá.

Muchos se formularon la pregunta de por qué no hacer un canal y esa pregunta se la formularon ya a los escasos 20 años de morir Colón. Pero esa pregunta recibió respuesta cerca de 400 años después, cuando en 1914 se inauguró el canal de Panamá el camino de agua más notable que haya abierto el hombre jamás.

Los seres humanos tuvieron que abrir caminos de agua mucho antes de haber descubierto cómo excavar el Canal de Panamá. Necesitaban esos pasos acuáticos para muchas cosas aveces podrían ahorrarle una gran distancia como en Panamá y en Suez, donde cruzan ahora un breve canal en vez de hacer una larga travesía dando la vuelta a todo un continente.

Hace 3000 años hubo un corto canal en Egipto desde el Nilo hasta el mar Rojo y en el imperio romano hubo muchos. Los romanos fueron siempre eficaces para construir; Nerón empezó el canal de Corinto en Grecia, y construyó más de la cuarta parte de su longitud, pero no se terminó y se abrió la navegación hasta 1893.

Los chinos tuvieron un gran canal hace 800 años. En la época de Colón, Europa estaba zurcada por canales abiertos por la mano del hombre. Pero todos se habían echo en tierra llana, donde resultaba bastante fácil; porque hasta principios del siglo XVI el hombre no supo cómo franquear con un buque una colina o una pequeña montaña.. La historia del canal de Panamá ilustra el modo de hacer esto.

Cómo llega el agua a la ciudad.
En tiempos remotos, ciertamente, se hacían fluir arroyos por los jardines reales y se llevaba el agua por cañerías de acero, pero éstas podían hacerse con plomo o troncos huecos, y la bombas no hacen falta si se puede conseguir que el agua fluya cuesta abajo. Por eso, los reyes bárbaros podían escuchar con deleite cómo murmuraban las fuentes en sus patios, y las princesas pasearse en sus jardines junto a tranquilos estanques de refrescante linfa.
Pero en cuanto a la gente del pueblo podía darse por muy satisfecha si había un arroyo o un pozo no muy lejos de allí. ¡Nada de baños diarios para ellos! Las mujeres debían ir todos los días al pozo del pueblo, con sus baldes u odres o su vasija de barro sobre la cabeza. Y cabe recordar, a este respecto, el bello relato del libro del génesis, en que se cuenta cómo galantearon a linda Rebeca, cuando sacaba agua de uno de esos pozos.

Los romanos aprendieron a conducirla en abundancia a sus ciudades. Los grandes acueductos en que la hacían bajar de sus lejanas montañas eran casi tan famosos como los puentes y caminos que construyeron. Sólo los ciudadanos más ricos podían permitirse el lujo de conducirla en cañerías a sus casas, pero había enormes baños públicos, de los que todos los ciudadanos podían disfrutar, y numerosas fuentes por toda la ciudad.

En esos tiempos, y durante toda la Edad Media, la seguridad de una ciudad dependía a menudo de su abastecimiento de agua. Porque si un enemigo la sitiaba, la población sólo podía mantenerse firme mientras tenía agua.

Al empezar el siglo XVI se oye hablar por primera vez de aparatos para elevar el agua y de depósitos de reserva, cosas que suenan a instalaciones modernas. Carlos quinto hizo llamar a Toledo a Juanelo Turriano, relojero de Cremona, Italia, quien instaló un artificio para elevar a la ciudad de las aguas del Tajo. Unos cuantos años después, una especie de noria perfeccionada comenzó a extraer agua del Sena para el pueblo de París. Los ciudadanos, gozosos, la llamaron "La samaritana", recordando a la samaritana que habló con Jesús mientras sacaba agua de un pozo. En Londres se construyeron los primeros depósitos de reserva en 1609.

Desde entonces, los hombres han tratado de acercarse rápidamente a los actuales 400 litros diarios.

Hay dos maneras de hacer llegar el agua a una ciudad. El más antiguo y sencillo - usado por los romanos- es utilizando la gravedad. Los ingenieros eligen un río claro y constante en las colinas, lo más cerca posible de la ciudad y construyen a través de él una represa para recoger el agua. Sobre la represa, el agua se extiende formando un lago artificial, que recibe el nombre de "depósito de reserva". De éste, el agua fluye cuesta abajo por un enorme caño, llamado acueducto, análogo a los que hacían los romanos. Va a parar a depósitos de reservas menores, que, a su vez, alimentan los caños maestros de abastecimiento de la ciudad. Éstos existen bajo casi todas las calles, y de ellos parten pequeñas cañerías que llevan el líquido a cada casa o edificio. Se llama a esto un sistema de gravedad, por que el agua viaja todo el tiempo por los conductos que la llevan, sin recibir impulso mecánico hacia abajo.

Pero cuando una ciudad no tiene colinas sobre las cuales los ingenieros puedan construir un depósito de reserva, entonces deben elevar el agua, por medio de bombas, desde un río o un lago, si hay alguno cerca, o desde profundos pozos. A veces, las bombas la inyectan directamente a las cañerías maestras. Otras la almacenan en un gran tanque con forma de torre, que se llama columna de alimentación desde donde el agua puede fluir a las cañerías maestras, gracias a la gravedad, del mismo modo que si el tanque estuviera sobre una colina.

Siglo XX
Historia y aplicaciones en la actualidad
En 1992, se comenzó a programar el motor numérico del programa en lenguaje C, en colaboración con los departamentos de Enseñanzas Básicas y de Arquitectura y Construcción Naval. Posteriormente se requirió una salida gráfica para visualizar los resultados. En una primera etapa se programaron las primeras salidas gráficas bajo plataforma HP-UX con X-Window y libreria gráfica PEX. Actualmente se ha portado todo el código de post-proceso para utilizar el mayor potencial de la libreria gráfica OpenGL, que además esta disponible en múltiples plataformas.

El XDawson calcula el flujo potencial alrededor de una carena simétrica, orientada en la dirección de la corriente. También calcula la deformación de la superficie libre con una aproximación lineal. En el primer caso utiliza el método de Hess-Smith y, para la superficie libre, el método de Dawson.

Hoy en dia, el programa se encuentra estructurado en tres módulos principales:

Pre-proceso : se realiza un mallado del casco mediante paneles, a partir de splines cúbicos de las lineas de agua. El usuario debe suministrar previamente un fichero con los puntos de las lineas de agua, normalmente digitalizándolos directamente del plano. El programa permite variar el número de paneles del casco.

Cálculo : automaticamente se procesan los datos de entrada y se calcula el flujo potencial y la superficie libre. El usuario puede también disponer del cálculo de la estela en el plano de la hélice.

 

Post-proceso : se visualiza gráficamente la malla de la superficie libre y el casco, junto con distribuciones de colores referidas a velocidad y presiones. Posibilidad de visualizar los vectores velocidad en ambas superficies y perfiles de ola. El programa permite visualización desde cualquier punto de vista y distancia del observador, así como variación de la escala del modelo.

Historia sobre los CFD
La utilización de los " Canales" de Ensayos Hidrodinámicos, a través de la investigación experimental con modelos, ha sido desde hace tiempo el único medio de predicción del comportamiento del flujo y de las fuerzas que actúan sobre el buque.
La introducción de análisis matemáticos ha cuestionado la necesidad y prioridad de los ensayos realizados con modelos.

Aunque los primeros análisis matemáticos de un flujo fluido comenzaron a desarrollarse a principios del siglo XVIII, cuando Laplace, Bernoulli y Euler establecieron las ecuaciones básicas de la Mecánica de Fluidos, su utilización para aplicaciones en ingeniería fue escasa debido a la complejidad.

En el siglo XIX fueron Navier y Stokes los que establecieron las ecuaciones fundamentales que describen un flujo real en fluidos viscosos.

Prandtl desarrollo, a comienzos del siglo XX, la teoría de la capa limite como una simplificación de la solución de Reynolds para las ecuaciones de Navier-Stokes. Las ecuaciones de la capa limite constituyeron el primer medio de análisis de un flujo.

La consideración del flujo alrededor de un buque como potencial, permitió a Mitchell (1898) hace casi un siglo al presentar una solución analítico de la resistencia por formación de olas en un buque fino e iniciar el interés de los científicos en Hidrodinámica.

Hacia 1970, con el desarrollo de ordenadores de gran potencia, las técnicas de resolución numérica pudieron ponerse en practica.
Todo ello ha dado lugar a la aparición de una nueva disciplina en el campo de la Mecánica de Fluidos, la comentada " Mecánica de Fluidos Computacional" CFD (El resolver un problema de mecánica de fluidos mediante aproximaciones matemáticas con la ayuda del ordenador constituye la base de los denominados CFD, siglas de la expresión inglesa " Computational Fluid Dynamics", cuya traducción podría ser la de "Dinámica de Fluidos Computacional".)

En la actualidad son diversas las parcelas hidrodinámicas que dan cabida a los cálculos mediante CFD, si bien es cierto que el campo de la aeronáutica fue el pionero en este tipo de cálculos.

La razón de lo anterior la debemos encontrar en tipo de fluido, aire en lugar de agua, y en la no existencia de la interfase aire-agua con la formación de olas que ello conlleva.

La diferencia de fluido hace resaltar la presencia de la viscosidad de ahí que los aspectos hidrodinámicos que mejor pueden ser abordados por los CFD sean aquellos problemas en donde los efectos viscosos sean pequeños, como pueden ser: la predicción de los movimientos del buque, la componente de la resistencia debida a la formación de olas y la acción del propulsor.

La diferencia de fluido hace resaltar la presencia de la viscosidad de ahí que los aspectos hidrodinámicos que mejor pueden ser abordados por los CFD sean aquellos problemas en donde los efectos viscosos sean pequeños, como pueden ser: la predicción de los movimientos del buque, la componente de la resistencia debida a la formación de olas y la acción del propulsor.

Por lo que se refiere a las características del propulsor y debido a que con un numero reducido de parámetros se puede definir la geometría del mismo, numeroso programas de ordenador, existen en el mercado y proporcionan una excelente ayuda en el diseño y análisis de los propulsores.

La predicción del comportamiento del buque en la mar puede ser actualmente realizado con suficiente confianza por medios teóricos basándose en la teoría de rebanadas.

Todos estos cálculos son muy útiles en las primeras fases del diseño. También el campo de la maniobrabilidad ha sido cultivado por los programas de ordenador, si bien su aplicación es bastante limitada debido a los complejos fenómenos de flujo que aparecen como el flujo cruzado y el desprendimiento de vértices.

Análisis y Simulación Dinámica
de Redes Hidráulicas a Presión
EPANET es un programa de ordenador, desarrollado por la U.S. EPA, que realiza simulaciones en período extendido (o cuasiestático) del comportamiento hidráulico y de la calidad del agua en redes de tuberías a presión. Una red puede estar constituida por tuberías, nudos (uniones de tuberías), bombas, válvulas y depósitos de almacenamiento o embalses. EPANET permite seguir la evolución del flujo del agua en las tuberías, de la presión en los nudos de demanda, del nivel del agua en los depósitos, y de la concentración de cualquier sustancia a través del sistema de distribución durante un período prolongado de simulación. Además de las concentraciones, permite también determinar los tiempos de permanencia del agua en la red y su procedencia desde los distintos puntos de alimentación.

EPANET ha sido diseñado como una herramienta de investigación para mejorar el conocimiento del movimiento y evolución de los constituyentes del agua en el interior de los sistemas de distribución. El módulo de calidad del agua de EPANET permite modelizar fenómenos tales como la reacción de los constituyentes en el seno del agua, la reacción con las paredes de las tuberías, y el transporte de masa entre las paredes y el fluido trasegado.

El programa EPANET es un simulador dinámico en período extendido para redes hidráulicas a presión compuesto por:

Un módulo de análisis hidráulico que permite simular el comportamiento dinámico de la red bajo determinadas leyes de operación. Admite tuberías (tres opciones para el cálculo de las pérdidas), bombas de velocidad fija y variable, válvulas de estrangulación, reductoras, sostenedoras, controladoras de caudal, rotura de carga, depósitos de nivel fijo o variables, leyes de control temporales o por consignas de presión o nivel, curvas de modulación, etc.

Un módulo para el seguimiento de la calidad del agua a través de la red. Admite contaminantes reactivos y no reactivos, cálculo de concentraciones, procedencias y tiempos de permanencia.

Otra característica distintiva de EPANET es la coordinación entre la modelización del comportamiento hidráulico de la red y de la calidad del agua. El programa se ha concebido para obtener simultáneamente la solución de ambos problemas. Sin embargo, como alternativa, puede también calcular solamente la parte hidráulica y almacenar los resultados en un fichero, o utilizar un fichero hidráulico previamente almacenado para llevar a cabo una simulación de la calidad del agua.
EPANET puede utilizarse para muchas aplicaciones diferentes en el análisis de los sistemas de distribución. Por citar algunos ejemplos mencionaremos el diseño de componentes de una red por prueba y corrección, la calibración de un modelo, el análisis del cloro residual, o la estimación del tiempo de exposición de un abonado a un cierto contaminante.

EPANET ha sido escrito en lenguaje C y hace uso de la localización dinámica de memoria. En consecuencia el único límite al tamaño de la red es la memoria disponible.

El paquete EPANET contiene dos módulos de programas. El primero es un simulador de redes que opera bajo DOS, el cual recibe los datos de entrada de un fichero y escribe los resultados en otro fichero. El usuario debe utilizar un programa externo para editar el fichero de entrada y ver o imprimir el fichero de salida. (Se proporciona un programa de Menú en DOS que permite interactivamente editar el fichero de entrada de EPANET, ejecutar el simulador y ver o imprimir el fichero de salida a través de las opciones de Menú). El segundo módulo es un programa operativo bajo Microsoft Windows® 3.x y Windows® 95 que permite editar el fichero de entrada de EPANET, ejecutar el simulador y mostrar gráficamente los resultados en una gran variedad de formatos sobre el esquema de la red. En consecuencia, existen dos formas de rodar EPANET: bajo DOS y bajo Windows.
En el entorno Windows EPANET cuenta con las siguientes prestaciones adicionales:

Aparte de la Gran muralla china, la única estructura echa por las manos del hombre vista desde la luna son los acueductos monumentales de California. La localización natural del agua en California ha hecho necesario para mover las cantidades inmensas del recurso todo concluído el estado, especialmente desde el norte al sur. Hay millares de componentes (canales, presas, acueductos) al sistema de transportar el agua al sur y al valle imperial agrícola, y muchos de éstos han causado gran daño ambiental. El impacto de nuestra impaciencia para asir el agua de fuentes naturales ha tenido un efecto intenso en ecosistemas nativos.

Las Represas una de las más grandes maravillas echas por el hombre. Una parte inevitable de muchos documentales de la ciencia de los años 50 era un tributo de nuestra capacidad de construir presas enormes y controlando el flujo de ríos poderosos. Hay alrededor de 800.000 presas estimadas en el planeta y 40.000 presas grandes, y se estima que hay 20.000 increíbles en China solamente.

Las presas son las estructuras más grandes construidas por el hombre, inspirado de maravillas tales como las grandes pirámides de Egipto. Y éstas rivalizan con las pirámides en la magnitud escarpada de construcción: Tomó 5.000 trabajadores en las rotaciones de 24 horas por cinco años para construir la colosal represa Hoover

Las presas también han traído grandes ventajas a la sociedad. En los años 30, la gran era de la construcciones de presas en los Estados Unidos, estas produjeron electricidad a las áreas rurales. Ayudaron a controlar las inundaciones y trajeron la irrigación al oeste árido. Mark Reisner, autor de Cadillac dessert, un clásico que recolecta todas las construcciones de presas en el Oeste Americano, decía, "las turbinas de la presa Hoover hubiesen podido accionar la industria de las naves aéreas para poder ayudar en la derrota de Hitler, y a la vez encender el centro norte de Los Ángeles y 100 otras ciudades más.....la represa Hoover prueba esto."

Pero 50 años más adelante, hubo muestras de que estos monumentos a la edad industrial pueden no ser tan permanentes como sus constructores planearon. En una propuesta que se pensó descabellada hace 10 año, uno grupo selecto se llamó para la desmantelación de la presa de la cañada de Arizona, para restablecer el río Colorado en su flujo original. Incluso Daniel Beard, el comisionado formal del oficina federal de reclamación y un gran defensor de la presa, hizo el llamado para que la barranca de la cañada fuese desmontada.

China ha sido la nación más activa en la construcción de presas, y ahora tiene quizás 50 por ciento de las presas del mundo. La presa de tres Gorges en la presa de Yangtzes, ahora bajo construcción, será, si está terminada, la presa más grande del mundo -- en términos de la talla, la potencia produjo, las personas vueltas a poner (posiblemente tanto como dos millones), cueste (estimaciones ejecutadas a $75 mil millones), y los riesgos potenciales. Es también un proyecto con una historia de muchas décadas, historia de la cual puede proporcionar a muchos lecciones en la política de presas grandes.
En la actualidad las tierras irrigadas en China alcanzan 498,720 km2 (según las estadísticas de 1993).

Conclusión
Como la tierra está cubierta en un 75% por agua y en un 100% por aire, las posibilidades de la mecánica de fluidos son enormes y abarcan de alguna forma la totalidad de la actividad humana.

Ciencias como la meteorología, la oceonografía o la hidrología versan sobre los flujos naturales, sin olvidar las implicaciones fluidomecánicas de la circulación sanguínea a la respiración. El transporte general está relacionado con el movimiento de los fluidos bien sea a través de la aerodinámica de los aviones y cohetes o de la hidrodinámica de barcos y submarinos. La casi totalidad de la energía eléctrica procede de turbinas hidráulicas o de vapor. Todos los problemas de combustión incluyen movimientos de fluidos, como también lo hacen las técnicas modernas de regadío, abastecimiento de agua y transporte de petróleo o gas por conductos.

Bibliografía

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