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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA

UNIDAD ZACATENCO

“EMPUJE ASCENCIONAL APLICADO A UN

PROBLEMA FUNDAMENTAL DE INGENIERIA”

TRABAJO FINAL Que para obtener el Titulo de:

INGENIERO CIVIL

Presenta:

ARMANDO GRANADOS GARCIA

MEXI9CO,DF. DICIEMBRE 2009

El jurado nombrado por la Academia de Construcción

es el siguiente:

ING. FELIPE SANCHEZ OCAMPO

ING. RODOLFO ARENAS PARTIDA

ING BERNARDO RAMON CARRASCO MAYA

“EMPUJE ASCENCIONAL APLICADO A UN

PROBLEMA FUNDAMENTAL DE

INGENIERIA”

Empuje Ascensional aplicado a un problema fundamental de Ingeniería

Instituto Politécnico Nacional ESIA Hoja 1 de 47

Índice de contenidos:

1 Introducción

o 1.- Objetivo General 4

o 2.- Objetivos Específicos 4

o 3.- Planteamiento del Problema 4

o 4.- Justificación 5

o 5.- Metodología 6

o 6.- Alcance 7

o 7.- Hipótesis 7

o 8.- Resumen 8

• Tema 1 Marco Teórico 9

� 1.1.- Conceptos y Definiciones 9

� 1.1.1.- Trabajo 9

� 1.1.2.- Energía Potencial 9

� 1.2.- Fluido 9

� 1.2.1.- Fluido Newtoniano 10

� 1.2.2.- Mecánica de Fluidos 10

� 1.3.- Propiedades de los Fluidos 10

� 1.3.1- Masa Específica 11

� 1.3.2.- Peso Específico 11

� 1.3.3.- Densidad Relativa 11

� 1.3.4.- Viscosidad 12

� 1.3.5.- Compresibilidad 12

� 1.4.- Presión de Vapor 12

� 1.4.1.- Presión Atmosférica 14

� 1.5.- Tensión Superficial 14

� 1.5.1.- Capilaridad 15

� 1.5.2.- Cohesión 15

� 1.5.3.- Adherencia 16

� 1.6.- Estática de Fluidos o Hidrostática 18

� 1.6.1.- Principio de Arquímedes 18

� 1.6.2.- Principio de la Prensa Hidráulica 18

� 1.7.- Dinámica de Fluidos o Hidrodinámica 20



� 1.7.1.- Flujos incompresibles y sin rozamiento 20

� 1.7.2.- Teorema de Bernoulli 20

� 1.8.- Análisis dinámico de los Fluidos 20

� 1.8.1.- Flujos Viscosos: Movimiento Laminar y Turbulento

� 1.8.2.- Flujo de la Capa Límite 21

� 1.8.3.- Teorema de Torricelli 22

� 1.9.- Esfera 23

� 1.9.1- Polea 23

� 1.10.-Consideraciones sobre la Energía Eléctrica 24

� 1.11.-Consideraciones sobre la Energía Potencial contenida en Agua

•••• Tema 2 Un Modelo Mecánico que emplea el Efecto del Empuje Ascensional.

� 2.1.- Objetivo 29

� 2.2.- Desarrollo 29

� 2.3.- Descripción 29

� 2.3.1.- Cuerpo Continuo 30


� 2.3.3.- Contenedor 30

� 2.3.4.- Transmisión 31

� 2.3.5.- Carga 31

� 2.3.6.- Empuje Ascensional 31

� 2.3.7.- Membrana Permeable 31

� 2.3.8.- Peso Propio 31

� 2.3.9.- Membrana Impermeable 31

� 2.3.10.- Giro 31

� 2.3.11.- Fuga 32

� 2.4.- Análisis Matemático 34



•••• Tema 3 Un Fenómeno en Geotecnia aplicado en la solución de Problemas de Ingeniería en base al motor de Densidades.

� 3.1.- Objetivo 38

� 3.2.- Planteamiento del Problema 39

� 3.3.- Desarrollo 39

� 3.3.1.- Cuerpo Continuo 39


� 3.3.3.- Contenedor 40

� 3.3.4.- Transmisión 43

� 3.3.5.- Carga 43

� 3.3.6.- Empuje ascensional 43

� 3.3.7.- Membrana Permeable 43

� 3.3.8.- Peso Propio 43

� 3.3.9.- Membrana Impermeable 43

� 3.3.10.- Giro 43

� 3.3.11.- Fuga 44

� 3.3.12.- Análisis Matemático 44

1 Conclusiones 45

2 Bibliografía 47



Introducción 1.- Objetivo General: Desarrollar una nueva forma de obtención de trabajo que sea totalmente sustentable y rentable, integrando esencialmente principios, elementos y materiales manifiestos en la tierra, emulando al poderío de la naturaleza aportando a la humanidad solo beneficios; sin contribuir al deterioro ambiental, ni abonar a la alza de costos en los procesos en que se vea involucrado. 2.- Objetivos Específicos: a) Utilizar esa forma de trabajo sustentable para alimentar sistemas de Generación posicionando a la Energía Eléctrica como la forma energética más viable. b) Lograr con esta forma Viable un pivote que desencadene la transformación de todo tipo de maquinas, motores y sistemas productivos, que la utilicen y transformen. c) Conseguir un acceso total a la energía eléctrica donde el infinito número de aplicaciones posibles, sea “puntual”, es decir con generadores presentes en cada uno de los sitios requeridos no importando lo remoto de su ubicación. d) Reducir a su mínima expresión las líneas e instalaciones de conducción eléctrica, sin afectar en medida alguna el proceso de su distribución. e) Conseguir arrancar de la tutoría de los gobiernos el tema energético, para abrirlo al usufructo sin restricciones de la población global para beneficio de esta, en términos económicos y de confort. f) Devolver al planeta su capacidad de auto regeneración, brindando una opción para la proscripción en definitiva de residuos contaminantes asociados a los principales procesos productivos del planeta. 3.- Planteamiento del Problema. La materia y la energía son una pareja inseparable y parece que todo intento por modificar esa condición, cobra al planeta y sus “usuarios” con interés creciente y plazos más cortos cada vez. El deterioro ambiental global en nuestros tiempos trae aparejado la utilización de materia y energía para producir trabajo y con esto satisfactores. Se puede decir que los hombres consumen mas energía que la básica sin embargo los beneficios generados con relación a los daños colaterales nunca han sido proporcionales siendo las adversidades crecientes. Estas adversidades suelen ser justificadas con argumentos sobre desarrollo y bienestar, al explicar como las maquinas y los sistemas logran desarrollar “eficientemente” procesos que al hombre con herramientas simples costarían molestias mayores y tiempo sin retorno. Los seres vivos en general utilizan energía; en primera instancia la metabolizada fisiológicamente para procesos de vida básicos, lo que produce residuos que son compensados ecológicamente. Más para el caso especifico de la especie sapiens, en la medida en que va evolucionado crecen exponencialmente sus requerimientos energéticos para procesos artificiales y con ello



desmedidamente la parte residual que escapa de los mecanismos de compensación de la naturaleza. Especialmente para esos procesos artificiales, las repercusiones nocivas al planeta y en consecuencia a la humanidad nos posicionan en un círculo vicioso en el que, de manera creciente se producen elementos lesivos para el equilibrio de la biota en aras de la productividad. La disyuntiva se presenta como: precario avance en un sentido y retroceso irremediable en otro. Todos esos procesos artificiales resultan ser variados por ser producto del intelecto humano, creciente debido a la demografía de la misma especie e irremediables por dinámica comercial mundial de su organización económica. Pareciera que el papel del hombre en la naturaleza fuese en realidad un despropósito: disponer del total de la energía degradando la materia del planeta hasta lograr su propia extinción. La inmensa energía contenida en la corteza terrestre y sus inmediaciones suele manifestarse de forma escandalosa, sin que la Geotecnia voltee la vista hacia ello, concretándose a controlar sus efectos y/o contenerlos sin reparar en que dichas fuerzas pueden ser aprovechadas en beneficio de todas las demás ingenierías y sus aplicaciones. Lo que representaría: La solución de un Problema Fundamental de Ingeniería. La ingeniería en geotecnia dentro de su campo de acción tiene contacto constante con fenómenos que se desarrollan en las inmediaciones de la corteza terrestre, tales como: Empuje Hidrostático y Ascensional, en subestructuras y cimentaciones, esta fuerza trascendental y de gran importancia es culpable de algunos efectos de falla tales como: deslizamiento, volteo o flotación, entre otros, lo que representa un gran valor en términos de energía desplegada, ya que los elementos afectados suelen ser de gran masa y peso (caso de presas, plataformas marinas, cimentación de puentes, etc.) sin que parezca ser un gran impedimento para que dichas fuerzas salvajes puedan manifestarse, retando a la imaginación sobre el ¿Cómo? de su aprovechamiento y “domesticación”. El poderío del Empuje Ascensional del terreno; en el cual participa de manera decisiva el agua, suele manifestarse desde el interior de la superficie terrestre, desestabilizando, estructuras que emergen. Su poder otras veces no es perceptible ya que el estado del equilibrio entre éste y la masa de los sólidos contenidos en su seno impiden manifestación explicita hacia la superficie. Esta falta de presencia a simple vista no significa su inexistencia y solo baste saber que culturas enteras florecieron suspendidas en tierras flotantes. 4.- Justificación. El trabajo asociado a los procesos industriales de la actualidad se incrementa en la medida en que utilizan fuentes energéticas de mayor productividad, de entre los más utilizados están: el carbón mineral que es muy utilizado en las regiones asiáticas y proviene del sub suelo, otra fuente muy empleada y noble por su baja nocividad es el aprovechamiento de la energía potencial de las caídas naturales de agua y los acopios de la misma para controlar su caída (nuevamente nos remitimos hacia la corteza terrestre dominio y hábitat del hombre), pero sin duda el petróleo que también proviene del interior de la tierra; es el rey actual de las fuentes, por inducir una mayor relación costo–beneficio en términos económicos. Más, para la realidad contemporánea, esa misma relación resulta totalmente inversa en términos ecológicos por los altos costos en detrimento de medio ambiente, ya que al margen de los avances tecnológicos de sistemas productivos en el capitulo de eficiencia, lo esencialmente apreciado en el marco de los criterios actuales se reduce solo a valorar la mayor cantidad de energía que son capaces de transformar.



La presencia dominante de los hidrocarburos como fuente de energía, implica un daño creciente y letal para cualquier forma de vida en el planeta, motivo por el cual es inaplazable desplazar su presencia preponderante en todos y cada uno de los procesos productivos y en consecuencia económicos del planeta. El liderazgo de tal acción le corresponde al hombre, como única especie racional en la tierra. Con esta acción, además se brindará a las administraciones internacionales de todas las corrientes filosófico-económicas, la oportunidad única de mejorar su operación para conseguir con esto un nuevo orden general mundial. Este desplazamiento solo puede ser materializado tras implementar una fuente capas de superar las bondades económicas de las actuales, haciendo especial énfasis en los hidrocarburos; es decir; que sea mucho más rentable que estas. Dicha es la forma de obtención de energía, que será propuesta. El aprovechamiento del trabajo posible, proveniente del Empuje Ascensional para ser transformarlo en energía limpia, para alimentar cualquier sistema mecánico, es en si una buena justificación de los recursos empleados para el desarrollo de la base teórica sobre la que trabajaremos. Ahora mas, si esa capacidad mecánica de trabajo puede ser obtenida sin mas requisitos que contar con condiciones propicias para que se presente el fenómeno del Empuje Ascensional, la justificación queda mas que merecida. 5.- Metodología. El seguimiento que se dará a este trabajo será conducido al desarrollo de un motor, capaz de producir el trabajo suficiente para que por medio de un generador se transforme la energía magnética en eléctrica. No es en si el generador de energía eléctrica lo que protagonizará en la presente, tampoco serán analizados o discutidas la bondades de los métodos actuales de generación, ya que estos tuvieron su oportunidad en el concierto de iniciativas en la materia. Se trata del aprovechamiento de la energía potencial, como fuente primaria.

Específicamente se brindará un método sobre el aprovechamiento de la energía potencial contenida en los fluidos, con especial énfasis en los fluidos Newtonianos.

El método consiste en el planteamiento y solución matemática a fenómenos involucrados en la formulación de un modelo mecánico que utiliza la energía potencial para la creación de movimiento útil.

Para esto será muy importante el análisis del comportamiento de los líquidos bajo condiciones especiales que se describirán durante el desarrollo de la presente.

Se emplearán para las soluciones requeridas en general solo procedimientos convencionales adoptados y reconocidos en la actualidad, mismos con los que el ingeniero civil está familiarizado y no representan un compromiso mayor para el intelecto.

Las unidades necesarias para referirnos a los fenómenos que serán descritos y cuantificados, requieren dimensionarse, se expresarán en el Sistema Internacional de Unidades, (SI).



Fig. 1: Tabla de unidades de Referencia.

La metodología empleada, no es ortodoxa y se encuentra lejos de pertenecer a alguna corriente o escuela, mas bien resulta ser el libre razonamiento de los conceptos antiguos, considerados en la actualidad como: clásicos en la materia, mismos que serán aplicados al cumplimiento de la premisa mayor del que hacer humano: “El mejor método para la obtención de energía aprovechable”. La fuente primaria para iniciar con las transformaciones de energía hasta llegar a la eléctrica, será la que se presenta ante el fenómeno del Empuje Ascensional, por diferencia de densidades entre dos cuerpos en suspensión. Vulgarmente conocido como “Flotación” en Geotecnia. Con esto será conseguido resolver uno de los problemas fundamentales de la Ingeniería, como lo es: La obtención de Energía Sustentable. 6.- Alcance No será reforzada la supremacía de los hidrocarburos, tampoco se discutirá sobre el potencial de la energía nuclear ni se abordaran sistemas o métodos para desarrollar trabajo conocidos en la actualidad, sino que serán propuestas formas radicalmente nuevas. La presente tesis de investigación, sentará las bases para el desarrollo de una fuente de energía hegemónica, basada en la energía potencial. 7.- Hipótesis Es cierto que la enorme variedad de aplicaciones de la energía en pos del trabajo a ejecutar implicaría que una fuente ideal tuviera la flexibilidad de ser aprovechable de forma única para múltiples aplicaciones requeridas, al no ser posible esto, en la actualidad se dispone de diversas fuentes, unas mas empleadas que otras. Para satisfacer esta gran variedad el hombre ha creado todo tipo de maquinas y sistemas que desarrollan y transforman desde calor, hasta trabajo, desde iluminación hasta imagen, o desde sonido hasta armamento, pasando por una infinidad de casos que pueden cubrir casi todo el espectro de aplicaciones, utilizando como forma: la electricidad, lo que la convierte en lo mas cercano a la forma optima; claro, siempre que sea obtenida de una forma sustentable.



Hipótesis 1.- La energía potencial puede constituirse en una fuente primaria para la producción

de trabajo mecánico por medio del motor adecuado. Hipótesis 2.- El trabajo mecánico producido con energía potencial resulta ideal para ser

transformado en energía eléctrica. Hipótesis 3.- La energía eléctrica puede desplazar a la mayoría de las formas de la actualidad

cubriendo un solo requisito que es: ser transformada de la potencial. Hipótesis 4.- La segunda mayor masa del planeta (los cuerpos acuíferos) ostenta a su vez la

segunda mayor cantidad de energía potencial disponible en el planeta. Hipótesis 5.- La utilización de la energía potencial no emite residuos, ya que el trabajo

desarrollado solo implica una reubicación de la energía disponible en dicha fuente. 8.- Resumen. La fuente que acerca con más claridad a la energía hacia una forma “sustentable” es la electricidad, en consecuencia cualquier método para su obtención puede constituirse en “La Fuente” por excelencia de toda forma de trabajo. El reto para la mente humana es abrirse a la idea de que aun cuando no podemos apreciar a simple vista la energía, está presente, existe y es susceptible de ubicarse en el proceso correcto para conseguir un fin específico. Existe un enorme banco de energía potencial bajo nuestros pies, esta es: la que deriva del Fenómeno de Empuje ascensional, con el que está muy familiarizada la geotecnia. Un sistema motor que utiliza energía potencial y produce trabajo es en si un excelente medio que aporta energía sin modificar las características estructurales de la materia, lo que convierte a su función en un proceso físico no contaminante. La fuente primaria de este excelente medio debe ser la energía potencial contenida en la segunda fuente de mayor masa del planeta.



Tema 1

Marco Teórico Para conseguir una mejor comprensión de las propuestas que serán expuestas, es necesario establecer un marco teórico, para lo cual se incluirán diversas definiciones y conceptos: 1.1.- CONCEPTOS Y DEFINICIONES.

1.1.1.- Trabajo: Consideraremos una definición básica en mecánica clásica; es el producto de una fuerza por la distancia que recorre, por el coseno del ángulo que forman ambas magnitudes vectoriales. Consecuentemente se llamaría trabajo a la energía para desplazar o alterar el estado de reposo o movimiento de cualquier sistema físico. 1.1.2.- Energía Potencial: Capacidad que tiene la materia para realizar un trabajo. La manifestación de esta, dependerá principalmente de la configuración arquitectónica que muestren los cuerpos que ejercen fuerzas y que organizados en sistemas pueden interactuar. Esta Energía se caracteriza por no secretar o expedir residuo evidente alguno durante su manifestación o el desarrollo de su trabajo mecánico. Esto hace suponer que en la realidad no se lleva a cabo proceso alguno, siendo la manifestación obtenida una real “reubicación” de la energía,

1.2.- Fluido: Los fluidos deben su definición a su comportamiento, independientemente de su composición física.

Entre las propiedades que diferencian el estado de la materia, la que permite una mejor clasificación desde el punto de vista mecánico es la que describe la relación con la forma en que reacciona el material cuando se le aplica una fuerza. Los fluidos reaccionan de una manera característica a las fuerzas. Si se compara lo que ocurre a un sólido y a un fluido cuando son sometidos a un esfuerzo de corte o tangencial se tienen reacciones características que se pueden verificar experimentalmente y que permiten diferenciarlos.

Definamos: "Fluido es una sustancia que se deforma continuamente, fluye o sea se escurre, cuando esta sometido a un esfuerzo cortante o tangencial". De esta definición se desprende que un fluido en reposo no soporta ningún esfuerzo de corte.

REPOSO INICIO DEL

MOVIMIENTO

DESLIZAMIENTO

Fig. 2: Comportamiento de un fluido sometido a una fuerza de corte tangencial.



Para diferenciar de forma muy precisa a los fluidos de otros materiales, desde un punto de vista de su estado de agregación diremos que en condiciones normales de presión y temperatura se encuentran en la naturaleza bajo los estados básicos, siguientes: sólido, plástico, fluido y plasma.

1.2.1.- Fluido Newtoniano: En las definiciones anteriores hemos determinado que los fluidos se deforman, Para establecer con facilidad la definición de un Fluido Newtoniano, también se determinará que ostentan una velocidad de deformación, que guarda una proporción con el esfuerzo a que son sometidos afectados por una constante de proporcionalidad denominada coeficiente de viscosidad absoluta (o viscosidad dinámica). Los fluidos Newtonianos en consecuencia son aquellos que guardan una proporción directa entre los esfuerzos a que son sometidos y su deformación. Para ejemplificar gráficamente:

V E L O C I D A D .

E S

F

U

E

R

Z

O

.

DILATANTE

PSEUDOPLASTICO

NEWTONIANO

Fig. 3: Velocidad en función del esfuerzo tangencial.

1.2.2.- Mecánica de fluidos: Es parte de la física, estudia a los fluidos, tanto en reposos como en movimiento.

Esta a su vez se acostumbra subdividir en dos áreas esenciales: la estática de fluidos o hidrostática, que se ocupa de los fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos o hidrodinámica, que abarca los fluidos en movimiento teniendo su aplicación en el flujo de líquidos o el flujo de los gases a baja velocidad.

1.3.- Propiedades de los Fluidos.

Los materiales en general, y los fluidos en particular, tienen propiedades físicas que los caracterizan y permiten cuantificar su comportamiento. De entre las propiedades exclusivas de los fluidos, tenemos la viscosidad, la tensión superficial y presión de vapor. Existen otras propiedades presentes pero que son compartidas con cualquier otro tipo de material por ejemplo: la masa específica, el peso específico y la densidad.



1.3.1.- Masa especifica: Es la cantidad de materia contenida en el volumen de una sustancia.

Será designa por ρ y se define con la siguiente expresión:

Donde:

• ρ Es la densidad absoluta.

• m Es la masa.

• V Es el volumen.

Aún cuando la unidad en el Sistema Internacional de Unidades (SI) es kg/m3, también es costumbre expresar la densidad de los líquidos en g/cm3.

Es importante decir que en los fluidos la masa específica (densidad absoluta) depende tanto de la presión como de la temperatura como se demostrará adelante.

1.3.2.- Peso específico: Es la magnitud correspondiente a la fuerza con que la tierra atrae a

una unidad de volumen. Se designa por W (para la formula ). La masa y el peso específico están relacionados por:

ó

Donde:

• Es el peso especifico

• Es el peso de la sustancia

• Es el volumen que la sustancia ocupa

• Es la densidad de la sustancia (ver densidad absoluta)

• Es la aceleración de la gravedad

En el sistema técnico, se mide en kilopondios por metro cúbico (kp/m³). En el Sistema Internacional de Unidades, que es el que utilizaremos en newton por metro cúbico (N/m³).

1.3.3.- Densidad Relativa: Es la relación que existe entre la masa específica de una sustancia cualquiera y una sustancia de referencia. Para los líquidos se utiliza la masa específica del agua a 4°C como referencia, que corresponde a 1g/cm3 y para los gases se utiliza al aire a 20º C

La misma definición de densidad relativa o aparente explica el por que de la a dimensionalidad de esta magnitud, ya que en términos sencillos representa la relación entre dos densidades de igual

unidad, por tanto el análisis dimensional arroja un resultado sin unidades.

Donde:

1 ρr Es la densidad relativa

2 ρ Es la densidad absoluta

3 ρ0 Es la densidad de referencia.



1.3.4.- Viscosidad: Abundaremos al mencionar que es una propiedad que distingue a los fluidos. Está ligada a la resistencia que oponen a deformarse continuamente cuando se le somete a una fuerza cortante. Se les podría ubicar sobre la grafica de los fluidos newtonianos de la fig. 3. Los fluidos viscosos a su vez pueden ser clasificados de acuerdo a la relación que exista entre el esfuerzo de corte aplicado y la velocidad de deformación.

A manera de puntual explicación sobre los efectos físicos que definen la viscosidad, supongamos que colocamos un fluido entre dos placas paralelas separada a una mínima distancia entre si, para que la placa superior se mueva con respecto a la inferior, con una diferencia de velocidades V, es necesario aplicar una fuerza F, que por unidad se traduce en un esfuerzo de corte, ŋ = F / A, siendo A el área de la placa en contacto con el fluido. Se confirma además, que el fluido en contacto con la placa inferior, que esta en reposo, se mantiene adherido a ella y por lo tanto no se mueve. Por otra parte, el fluido en contacto con la placa superior se mueve a la misma velocidad que ella. Si el espesor del fluido entre ambas placas es pequeño, se puede suponer que la variación de velocidades en su interior es lineal, de modo que se mantiene la proporción. En los líquidos, el pequeño rozamiento existente entre capas adyacentes se denomina viscosidad.

Medidas de la viscosidad

La viscosidad de un fluido puede medirse a través de un parámetro dependiente de la temperatura llamada coeficiente de viscosidad o simplemente viscosidad:

Coeficiente de viscosidad dinámico, designado como η o µ.

En unidades en el SI: [µ] = [Pa·s] = [kg·m-1

·s-1

] ;

• Coeficiente de viscosidad cinemática, designado como ν, y que resulta ser igual al cociente

del coeficiente de viscosidad dinámica entre la densidad

ν = µ/ρ. (En unidades en el SI: [ν] = [m2.s

-1]. En el sistema cegesimal es el Store (St).

1.3.5.- Compresibilidad: Es la variación de volumen respecto a la presión que se ejerce sobre un fluido. Las variaciones de volumen pueden relacionarse directamente con variaciones estructurales de la masa específica no así de su cuantía.

1.4.- Presión de vapor: Las sustancias puras pueden pasar por las cuatro fases, desde sólido a plasma, según las condiciones de presión y temperatura a que estén sometidas. Los fluidos en fase líquida o gaseosa dependen especialmente de estas condiciones por lo que se acostumbra designar líquidos a aquellos materiales que bajo condiciones normales de presión y temperatura en la naturaleza están en esa fase.

Cuando a un líquido se le disminuye la presión en su superficie, hasta llegar a un nivel en el que comienza a liberarse vapor, se dice que a alcanzado la presión de vapor. Esta presión depende en primera instancia de la temperatura. Así por ejemplo, para el agua a 100°C, la presión aproximada es de 1 bar, que equivale a una atmósfera. La presión de vapor y la temperatura de ebullición están relacionadas y definen una línea que separa el vapor del líquido de una misma sustancia en un grafico de presión y temperatura. El agua en condiciones promedio de presión (1 bar.) alcanza una temperatura máxima equivalente a su presión de vapor, no siendo posible que esta se caliente más allá de esa temperatura, ya que la energía disipada se pone de manifiesto por medio del vapor liberado (mismo que posteriormente puede ser elevado a una temperatura mayor).



P

R

E

S

I O

N

( T

O R

R )

T E M P E R A T U R A ºC

LIQUIDO

VAPOR

Fig. 4-A: Presión de vapor y temperatura de ebullición para el caso del agua.

Ahora bien, si el vapor capas de ser liberado por el agua debe vencer una presión dada por medio del incremento de calor, para poderse liberar del seno del agua hacia la atmósfera, entonces resulta posible disminuir artificialmente el valor de la presión de esa atmósfera para liberar vapor a una menor temperatura, teniendo que la temperatura requerida guarda una relación con el valor de la presión, esta relación es la que se muestra en la grafica siguiente.

T E M P E R A T U R A ºC

LIQUIDO

VAPORP R

E

S

I O

N

(

T O

R R

)

Fig. 4-B: Presión de vapor modificada para reducir temperatura.

A simple vista, podríamos observar que al disminuir la presión, en la superficie de un líquido, aparecen pequeñas burbujas de agua que parecen adquirir mayor volumen en proporción con el decremento de presión, este volumen favorece su movimiento ascendente hasta terminar en la superficie. Aunado a esto sabemos que al disminuir la presión, estamos haciendo lo propio con la



tensión superficial, promoviendo el escape del vapor disponible. Adelante se abundará al respecto de este fenómeno, visto a nivel molecular.

P R E C I O N (KPa.)

V

O

L

U M

E

N

( M

3 )

LIQUIDO

VAPOR

Fig. 4-C: Presión-Volumen para gases ideales.

1.4.1.- Presión atmosférica: es la presión ejercida por los gases que conforman la atmósfera en cualquier punto de la misma. Normalmente se refiere a la presión atmosférica terrestre y al aire, pero el término es extensible a la atmósfera de cualquier planeta o satélite y sus componentes.

La atmósfera en la Tierra tiene una presión media de 1,013.25 hectopascales (hPa) (o milibares (mbar)) al nivel del mar, medido en latitud 45º. La medida de presión del Sistema Internacional de Unidades (SI) es el newton por metro cuadrado (N/m²) o Pascal (Pa). La presión atmosférica a nivel del mar en unidades internacionales es 101,325 N/m² ó Pa. (cita textual http//.es.wikipedia.org/wiki/Presion_barometrica)

1 atm = 1.01325 bares ≈ 1 bar

1 bar = 14.5037738 PSI

1 bar = 750.06 mm Hg

1 atm = 760 mm Hg

1.5. - Tensión superficial: La transición entre dos fluidos no miscibles entre si se comportan como una membrana tensa. La tensión superficial es la fuerza que se requiere para mantener en equilibrio una longitud unitaria de esta película. El valor de ella dependerá de los fluidos en contacto y de la temperatura. A su vez para el caso de un fluido liquido vertido en un recipiente, cuya superficie se encuentra en contacto con la atmósfera, la tensión superficial dependerá también de la presión atmosférica.

A nivel microscópico, la tensión superficial debe sus efectos a fuerzas que afectan a cada molécula, tanto en el interior del líquido, como en su superficie. Así, en el seno de un líquido cada molécula se ve sometida a fuerzas de atracción que promediadas se anulan. Esto permite que la molécula tenga una energía bastante baja. En la superficie de un líquido hay una fuerza neta hacia el interior de este. En el exterior del líquido el gas existente ejerce a su vez una mínima fuerza atractiva hacia el, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable debido a la gran diferencia de densidades entre el líquido y el gas.



La tensión superficial tiene como principal efecto la tendencia del líquido a disminuir en lo posible su superficie para un volumen dado, de aquí que un líquido en ausencia de gravedad adopte la forma esférica, que es la que tiene menor relación área/volumen.

Energéticamente, las moléculas situadas en la superficie tiene una mayor energía promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema será a disminuir la energía total, y ello se logra disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie, de ahí la reducción de área hasta el mínimo posible. . (cita textual http://es.wikipedia.org/wiki/Tensi%C3%B3n_superficial)

1.5.1.- Capilaridad: Para efectos de definición podemos decir que la capilaridad es la cualidad que posee una sustancia para ser mojada por un líquido, es decir: ser absorbida. Es producida debido a que las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido. Esto ocasiona un menisco de forma curva tendiente a trepar por las paredes verticales del sólido con el que está en contacto. En el caso que el sólido sea un tubo delgado, éste succiona un líquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Este es el mismo efecto que causa que los materiales porosos absorban líquidos.

A manera de demostración, si tomamos un tubo de cristal grueso comunicado con uno fino y echamos agua en él se verá como el tubo grueso alcanza menos altura que el fino. Si hacemos la misma prueba con mercurio en vez de con agua resultará que el tubo grueso alcanza más altura que el fino además en el primer caso se puede ver que el agua se une con la pared del tuvo de forma cóncava, mientras que con el mercurio lo hace de forma convexa.

Capilaridad en Agua Capilaridad en Mercurio

Fig. 5: Capilaridad en Agua y en Mercurio.

Ahora que hemos descrito el fenómeno de la capilaridad, abundaremos sobre la causa de este comportamiento en los líquidos. Para ello nos valdremos de una un par de conceptos aun no definidos: La adherencia y la cohesión.

1.5.2.- La Cohesión: Se define como la fuerza de atracción entre partículas (como son las moléculas que forman los líquidos) de la misma clase. Si tenemos dos partículas de forma aislada, cada una de ellas se verá afectada por una fuerza que tiende a juntarlas y aproximarlas entre sí.



Fig. 5-A: Fuerza de Cohesión entre partículas.

1.5.3.- La Adherencia: Es la atracción mutua entre superficies de dos cuerpos puestos en contacto. Cerca de cuerpos sólidos tales como las paredes de un tubo de ensayo conteniendo un fluido, un canal que lo conduce, etc., la superficie libre del líquido cambia de curvatura de dos formas distintas a causa de la adherencia y cohesión.

Un ejemplo sencillo es el siguiente: si se suspende por algún medio un disco de vidrio en posición horizontal; después de equilibrarlo permitimos que toque la superficie del agua contenida en un recipiente hasta ser mojado; intentaremos retirar el disco elevándolo lentamente, observaremos como el disco arrastra una columna de agua, que al final cederá, quedando el disco mojado. Se dice en este caso que el agua moja al disco. La capa superficial del líquido se adhiere al disco y el resto desciende ayudado por la cohesión. Como la capa de agua se rompe, se deduce que en este caso la adherencia es mayor que la cohesión.

Agua

Vidrio

Agua Adherencia

Fig. 5-B: Fuerza de Adherencia entre el Vidrio y el Agua.

Al realizar la misma experiencia con mercurio, observamos como el fluido no moja al sólido. Aquí la capa líquida se deprime hacia las paredes. En este otro caso deducimos que la cohesión es mayor que la adherencia, no llegando a romperse la barra liquida vemos pues como en el efecto de la capilaridad de los líquidos actúa la adherencia y la cohesión.

Analizando el fenómeno a nivel molecular: El agua es una molécula formada por 2 átomos de Hidrógeno (H) y uno de Oxígeno, por lo que su fórmula química es H2O. Esta unión es tan fuerte



que por mucho tiempo se creyó que el agua era un elemento y no un compuesto. Al unirse estos 3 átomos se forma una nueva nube de electrones alrededor de los 3 núcleos, que se sitúan en forma de triángulo (no en línea). De esta forma se obtiene una molécula bipolar, es decir que tiene dos polos: Negativo en el lado del oxígeno y positivo en el lado de los átomos de hidrógeno. La nube de electrones adopta una forma extraña (enlace de hidrógeno sobre el cual se abundará es su momento) que hace que atraiga a los átomos de hidrógeno de otras moléculas de agua, uniéndose fuertemente y causando algunas de las propiedades que tiene el agua.

En otros términos: La capilaridad es la propiedad que tiene un líquido para subir por un tubo, cuando la diferencia entre las fuerzas de adhesión y cohesión en la superficie de un líquido desafían la fuerza de la gravedad.

El nivel que alcanza es directamente proporcional a la tensión superficial del líquido e inversamente proporcional al grosor interno del tubo. El agua tiene una gran tensión superficial debido a sus enlaces de hidrógeno, que buscan adherirse a las paredes del tubo para disminuir su energía. Esto hace que tenga una gran capilaridad.

Para evaluar los efectos de la capilaridad, tenemos: La ley de Jurin, esta define la altura que se alcanza cuando se equilibra el peso de la columna de líquido y la fuerza de ascensión por capilaridad. La altura h en metros de una columna líquida está dada por la ecuación:

donde:

1 Es la tensión superficial interfacial (N/m)

2 θ Es el ángulo de contacto entre liquido y sólido

3 ρ Es la densidad del líquido (kg/m³)

4 g Es la aceleración debido a la gravedad (m/s²)

5 r Es el radio del tubo (m)

Para un tubo de vidrio en el aire a nivel del mar y lleno de agua.

Tenemos los siguientes valores:

1 0.07280 N/m a 20 °C

2 θ 20°00´00´´

3 ρ 1,000.00000 kg/m³

4 g 9.80665 m/s²

De las definiciones dadas, se resumen a continuación tres de los valores típicos para condiciones normales de presentación en la naturaleza, de las propiedades del agua, que es el fluido que mas utilizaremos; además se comparan los parámetros con los correspondientes al aire, a fin de conseguir fijar en la mente un concepto mas claro de su significación física y su dimensión característica.



V A L O R E S

AGUA AIRE

Masa especifica

Viscosidad

Tensión Superficial

P

ß

ŏ

Kg/m3

g/ms

mN/m

1,000.00

1.0

72.8

1.20

0.02

-

1.6.- Estática de Fluidos o Hidrostática: Estudia las condiciones de equilibrio bajo las cuales un fluido esta en reposo, para ello se requiere que todos los elementos que lo forman se muevan a la misma velocidad, es decir que no desplacen los unos a los otros y por lo tanto no halla escurrimiento, en estas condiciones el fluido está entonces detenido o se mueve como si fuera un cuerpo rígido en armonía con su entorno sin deformarse, como diría un clásico: “El movimiento es relativo”. La ausencia de escurrimiento, y por lo tanto de deformación angular, lleva implícita la ausencia de fuerzas de corte.

Bajo condiciones de reposo, sobre las superficies que están en contacto con el fluido solo se desarrollan esfuerzos normales.

Un fluido en reposo presenta un estado de fuerzas interiores tal que la fuerza ejercida sobre cualquier partícula del fluido es la misma en todas direcciones. Si no existiera este equilibrio, las partículas se desplazarían en la dirección de la fuerza resultante con la consiguiente manifestación de movimiento.

De ello se deduce que la fuerza por unidad de superficie —la presión— que el fluido ejerce contra las paredes del recipiente que lo contiene, sea cual sea su forma, es perpendicular a la pared en cada punto. Si la presión no fuera perpendicular, la fuerza tendría una componente tangencial no equilibrada y el fluido se movería a lo largo de la pared.

Por tanto, la presión aplicada sobre un fluido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas direcciones y a todas las partes del recipiente, siempre que se puedan despreciar las diferencias de presión debidas al peso del fluido y a la profundidad. Cuando la gravedad es la única fuerza que actúa sobre un líquido contenido en un recipiente abierto, la presión en cualquier punto del líquido es directamente proporcional al peso de la columna vertical de dicho líquido situada sobre ese punto. La presión es a su vez proporcional a la profundidad del punto con respecto a la superficie, y es independiente del tamaño o forma del recipiente.

Un principio importante de la estática de fluidos fue descubierto por el matemático y filósofo griego Arquímedes.

1.6.1.- Principio de Arquímedes: Este principio afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza hacia arriba igual al peso del volumen de fluido desplazado por dicho cuerpo.

El punto sobre el que puede considerarse que actúan todas las fuerzas que producen el efecto de flotación se llama centro de flotación, y corresponde al centro de gravedad del fluido desplazado. El centro de flotación de un cuerpo que flota está situado exactamente encima de su centro de gravedad. Cuanto mayor sea la distancia entre ambos, mayor es la estabilidad del cuerpo.

Para nuestro caso será de gran valor saber que el empuje ascensional coincidirá con el volumen del líquido desplazado, siempre que serán anulados tanto el peso del elemento suspendido como la influencia de la presión atmosférica.



1.6.2.- Principio de la Prensa Hidráulica: Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores.

En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente se transmite con la misma intensidad en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada en el principio de Pascal.

El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen presiones mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento, en similar proporción.

Ecuaciones de la relación de fuerzas

Cuando se aplica una fuerza sobre el pistón de menor área se genera una presión :

Esquema de fuerzas y áreas de una prensa hidráulica.

Del mismo modo en el segundo pistón:

Se observa que el líquido esta comunicado, luego por el principio de Pascal, la presión en los dos pistones es la misma, por tanto se cumple que:

Esto es:

y la relación de fuerzas:

Luego la fuerza resultante de la prensa hidráulica es:



Donde:

2 Es la fuerza del pistón menor

3 Es la fuerza del pistón mayor

4 Es el área del pistón menor

5 Es el área del pistón mayor

(cita textual http://es.wikipedia.org/wiki/Prensa_hidr%C3%A1ulica)

1.7.- Dinámica de Fluidos o Hidrodinámica: Parte de la mecánica de fluidos que se ocupa de las leyes de los fluidos en movimiento; Se centra principalmente en determinar la fricción que experimentan según su grado de viscosidad. En los fluidos ideales la viscosidad es despreciable, por lo que en su comportamiento no se observan esfuerzos de corte y por lo tanto no existen fuerzas de fricción con las paredes de los sólidos.

Leyes del Movimiento: Estas definen las ecuaciones básicas para un fluido sin rozamiento (no viscoso). Las leyes dinámicas para los fluidos sólo pueden expresarse de forma relativamente sencilla si se supone que el fluido es incompresible e ideal, es decir, si se pueden despreciar los efectos del rozamiento y la viscosidad. Sin embargo, como esto nunca es así en el caso de los fluidos reales en movimiento, los resultados de dicho análisis sólo pueden servir como estimación para flujos en los que los efectos de la viscosidad son pequeños.

Nuevamente enfatizaremos que las aplicaciones a nuestro caso solo requieren estas ecuaciones estimativas, ya que se trabajará con un fluido muy cercano al ideal. Es decir: incompresible, sin rozamiento y además el movimiento experimentado en su seno será solo ligera agitación sin flujo.

1.7.1.- Flujos incompresibles y sin rozamiento: Estos flujos cumplen el llamado teorema de Bernoulli, el cual afirma que la energía mecánica total de un flujo incompresible y no viscoso (sin rozamiento) es constante a lo largo de una línea de corriente. Las líneas de corriente son líneas de flujo imaginarias que siempre son paralelas a la dirección del flujo en cada punto, y en el caso de flujo uniforme coinciden con la trayectoria de las partículas individuales de fluido.

1.7.2.- Teorema de Bernoulli: Es la ley fundamental que rige el movimiento de los fluidos, relacionado con la velocidad y la presión del mismo, es decir: relaciona los efectos de la presión, la velocidad y la gravedad, e indica que la velocidad aumenta cuando la presión disminuye. Este principio es importante para la medida de flujos.

En términos sencillos diremos que la velocidad de flujo de un líquido se incrementa con una disminución de la presión y viceversa.

1.8.- Análisis de Comportamiento Dinámico de los Fluidos: Esta orientado a establecer un modelo matemático del comportamiento del fluido, lo que permita conocer al mayor detalle posible lo que ocurre en cada punto al seno de un fluido, para ello se establece ecuaciones básicas para poder conocer la distribución espacial y temporal de las variables que definen el comportamiento del fluido, como son la presión, velocidad, masa específica entre otras.

El análisis requiere mayor esfuerzo pero entrega más información sobre el comportamiento del fluido. Para nuestro caso, no se abundará sobre esto, ya que no es requerido.



1.8.1.- Flujos Viscosos: Movimiento Laminar y Turbulento: Las ecuaciones para el análisis correspondiente, actualmente se conocen como ecuaciones de Navier-Stokes, y son tan complejas que sólo se pueden aplicar a flujos sencillos

Para el caso del fluido real que circula a través de una tubería recta; El teorema de Bernoulli no se puede aplicar, porque parte de la energía mecánica total se disipa como consecuencia del rozamiento viscoso, lo que provoca una caída de presión a lo largo de la tubería. Las ecuaciones sugieren que, dados una tubería y un fluido determinados, esta caída de presión debería ser proporcional a la velocidad de flujo.

Los experimentos realizados por primera vez a mediados del siglo XIX demostraron que esto sólo era cierto para velocidades bajas; para velocidades mayores, la caída de presión era más bien proporcional al cuadrado de la velocidad. Este problema no se resolvió hasta 1883, cuando el ingeniero británico Osborne Reynolds demostró la existencia de dos tipos de flujo viscoso en tuberías. A velocidades bajas, las partículas del fluido siguen las líneas de corriente (flujo laminar), y los resultados experimentales coinciden con las predicciones analíticas.

A velocidades más elevadas, surgen fluctuaciones en la velocidad del flujo, o remolinos (flujo turbulento), en una forma que ni siquiera en la actualidad se puede predecir completamente. Reynolds también determinó que la transición del flujo laminar al turbulento era función de un único parámetro, que desde entonces se conoce como número de Reynolds. Si el número de Reynolds —que carece de dimensiones y es el producto de la velocidad, la densidad del fluido y el diámetro de la tubería dividido entre la viscosidad del fluido— es menor de 2,100, el flujo a través de la tubería es siempre laminar; cuando los valores son más elevados suele ser turbulento. El concepto de número de Reynolds es esencial para gran parte de la moderna mecánica de fluidos. (cita textual www.ilustrados.com/publicaciones)

Actualmente se asume que: Los flujos turbulentos no se pueden evaluar exclusivamente a partir de las predicciones calculadas, y su análisis depende de una combinación de datos experimentales y modelos matemáticos, esto debido a lo inexacto e impredecible del comportamiento del flujo turbulento. Durante la observación en modelos experimentales puede observarse la transición del flujo laminar al turbulento y la complejidad del flujo turbulento cuando el humo de un cigarrillo asciende en aire muy tranquilo. Al principio, sube con un movimiento laminar a lo largo de líneas de corriente, pero al cabo de cierta distancia se hace inestable y se forma un sistema de remolinos entrelazados.

Por medio de experimentación se deducen las dos características del flujo viscoso: el movimiento laminar, que depende de las corrientes de flujo y el movimiento turbulento que se da por la velocidad del flujo.

LAMINAR

TURBULENTO

CONDUCTO INTERFERIDO CONDUCTO SIN INTERFERENCIAS

Fig. 6: Flujo Principal, Remolinos y flujo Turbulento.



1.8.2.- Flujo de la Capa Límite: La complejidad de los flujos viscosos, y en particular de los flujos turbulentos, restringió en gran medida los avances en la dinámica de fluidos hasta que logró establecerse que muchos flujos pueden separarse en dos regiones principales. La región próxima a la superficie está formada por una delgada capa límite donde se concentran los efectos viscosos y en la que puede simplificarse mucho el modelo matemático. Fuera de esta capa límite, se pueden despreciar los efectos de la viscosidad, y pueden emplearse las ecuaciones matemáticas más sencillas para flujos no viscosos. El modelo de la capa límite llevó a nuevos avances en la teoría del flujo de fluidos no viscosos, que pueden aplicarse fuera de la capa límite.

1.8.3.- Teorema de Torricelli: Es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio. "La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio": la expresión matemático que define este principio es:

Donde:

• Es la velocidad teórica del líquido a la salida del orificio

• Es la velocidad de aproximación.

• Es la distancia desde la superficie del líquido al centro del orificio.

• Es la aceleración de la gravedad

Para velocidades de aproximación bajas, la mayoría de los casos, la expresión anterior se transforma en:

Donde:

• Es la velocidad real media del líquido a la salida del orificio

• Es el coeficiente de velocidad.

Para cálculos preliminares en aberturas de pared delgada puede admitirse un valor de = 0.95 en el caso más desfavorable.

Tomando =1

Experimentalmente se ha comprobado que la velocidad media de un chorro de un orificio de pared delgada, es un poco menor que la ideal, debido a la viscosidad del fluido y otros factores tales

como la tensión superficial, de ahí el significado de este coeficiente de velocidad.



Caudal descargado:

El caudal o volumen del fluido que escurre del orificio por segundo, , puede calcularse como el

producto de , el área real de la sección contraída, por , la velocidad real media del fluido que

pasa por esa sección, y por consiguiente se puede escribir la siguiente ecuación:

Donde:

• Es la descarga ideal que habría ocurrido si no hubiera fricción y contracción.

• Es el coeficiente de contracción de la vena fluida a la salida del orificio.

Su significado radica en el cambio brusco de sentido que deben realizar las partículas de la

pared interior próximas al orificio. Es la relación entre el área contraída y la del orificio . Suele estar en torno a 0.65.

• Es el coeficiente de descarga.

Coeficiente por el cual el valor ideal de descarga es multiplicado para obtener el valor real,

Numéricamente es igual al producto de los otros dos coeficientes.

El coeficiente de descarga variará con la carga y el diámetro del orificio. Sus valores para el agua han sido determinados y tabulados por numerosos experimentadores. De forma orientativa se pueden tomar valores sobre 0.6. Así se puede apreciar la importancia del uso de estos coeficientes para obtener unos resultados de caudal aceptables.

1.9.- Esfera: Es la figura geométrica que para igual volumen presenta la superficie externa menor. Esta propiedad es la causa de su omnipresencia en el mundo físico: en una gota de un líquido inmerso en un ambiente gaseoso, o entre líquidos no solubles de diferente densidad, existen fuerzas superficiales que deformarán la gota hasta encontrar el valor mínimo de tensión en todos los puntos de la misma, y este corresponde a una esfera, en ausencia de toda perturbación exterior.

1.9.1.- Polea: Se trata de una máquina simple que sirve para transmitir una fuerza. Consiste de una rueda, generalmente maciza y acanalada en su borde, que, con el concurso de una cuerda, cable o banda que se hace pasar por el canal ("garganta"), se usa como elemento de transmisión para cambiar la dirección del movimiento en máquinas y mecanismos. Además, formando conjuntos —aparejos o polipastos— sirve para reducir la magnitud de la fuerza necesaria para mover un peso, variando su velocidad.



Este mecanismo es un método de transmisión muy utilizado porque permite transmitir un movimiento giratorio entre dos ejes paralelos, que estén separados. Es el mecanismo de transmisión que utilizan las bicicletas, motos, y en muchas máquinas e instalaciones industriales. También se emplea en sustitución de los reductores de velocidad por poleas. Para la relación de transmisión valen las ecuaciones de las ruedas dentadas

Ruedas Dentadas: También denominada engranaje o engrane, es el mecanismo utilizado para transmitir potencia de un componente a otro dentro de una máquina. Los engranajes están formados por dos ruedas dentadas, de las cuales la mayor se denomina corona y la menor; piñón. Un engranaje sirve para transmitir movimiento circular mediante contacto de ruedas dentadas. Una de las aplicaciones más importantes de los engranajes es la transmisión del movimiento desde el eje de una fuente de energía, como puede ser un motor de combustión interna o un motor eléctrico, hasta otro eje situado a cierta distancia y que ha de realizar un trabajo. De manera que una de las ruedas está conectada por la fuente de energía y es conocido como engranaje motor y la otra está conectada al eje que debe recibir el movimiento del eje motor y que se denomina engranaje conducido. Si el sistema está compuesto de más de un par de ruedas dentadas, se denomina tren de engranajes. La principal ventaja que tienen las transmisiones por engranaje respecto de la transmisión por poleas es que no patinan como las poleas, con lo que se obtiene exactitud en la relación de transmisión.

• Relación de transmisión: es la relación de giro que existe entre el piñón conductor y la

rueda conducida. La Rt puede ser reductora de velocidad o multiplicadora de velocidad. La relación de transmisión recomendada tanto en caso de reducción como de multiplicación depende de la velocidad que tenga la transmisión con los datos orientativos que se indican:

Velocidad lenta:

Velocidad normal: Velocidad elevada:

1.10.- Consideraciones sobre La Energía Eléctrica.

Desde que Nikola Tesla descubrió la corriente alterna y la forma de producirla en los alternadores, se ha llevado a cabo una inmensa actividad tecnológica para llevar la electricidad a todos los lugares habitados del mundo, por lo que, junto a la construcción de grandes y variadas centrales eléctricas, se han construido sofisticadas redes de transporte y sistemas de distribución. Sin embargo, el aprovechamiento ha sido y sigue siendo muy desigual en todo el planeta. Así, los países industrializados o del Primer mundo son grandes consumidores de energía eléctrica, mientras que los países del llamado Tercer mundo apenas disfrutan de sus ventajas. (cita textual http://es.wikipedia.org/wiki/Generaci%C3%B3n_el%C3%A9ctrica)

Los tópicos de capital importancia, en especial el tema energético, aún cuando debiera ser puramente técnico, ha trascendido ese ámbito, involucrando filosóficamente aspectos de poder y manipulación ideológica. La única ideología de soberanía debiera conducir al mundo a su preservación entendiendo que todos somos ciudadanos del mismo planeta.



Sin embargo, en este mismo planeta, pero especialmente en nuestro país, los asuntos técnicos en manos de administradores de oficio del aparato gubernamental, se complican al prostituir los beneficios de que debiera gozar el grueso de la ciudadanía ante el poder que detentan unos pocos, lo que es aún más separatista. El tratamiento que daremos al caso intentará conjurar dichas impurezas pretendiendo presentar una solución contundente que no admita especulación política. Con la tecnología de la actualidad, la electricidad como fuente se enfrenta a poderosas limitantes de comercialización, ya que al margen de una generación limpia y económicamente factible, el proceso de conducción y distribución a sitios remotos implica obras e instalaciones complementarias para llegar a cada vez más remotos puntos de consumo, que encarecen los costos indirectos del precio de venta. Tenemos que los sitios propicios para la generación limpia y rentable no siempre se encuentran en ubicaciones ideales para abatir los costos de distribución, Debiendo llevar el servicio a lugares completamente inaccesibles. Acrecienta la problemática de distribución de la energía eléctrica, el hecho de que los consumidores suelen constituirse en unidades de producción semi fijas como el comercio no establecido, los prestadores de servicios a domicilio, las caravanas artísticas y de espectáculos, etc., también unidades móviles como en el caso especifico del transporte de distribución de productos, el masivo de personal y el particular, requiriendo generadores in situ y/o acumuladores, que adicionan nuevos componentes de costo. La fuente eléctrica para estos casos se convierte en: poco contaminantes pero de baja rentabilidad alejándola mas de ser optima. Los factores que determinan las ecuaciones para obtener el precio de venta de la energía eléctrica la posicionan en un nicho de mercado especializado, donde la generación no representa costos mayores, por lo que no lo consideraremos un problema. En contraste la distribución, aporta una variable importante a considerar al analizar la rentabilidad de la comercialización, misma que depende de la venta a gran escala debido a que de esta forma se diluyen los costos indirectos para llegar al consumidor a precio aceptable y pagadero. Esta condición confina la producción de proyectos de generación, a recibir participación exclusiva de los grandes capitales públicos y privados tornando el sector en especializado, por tanto excluyente y poco accesible a modestas iniciativas. La limitada accesibilidad real a fuentes energéticas en general y eléctricas en particular, para sectores no especializados de la población mundial, que pudiesen apuntar hacia la autogeneración, los condena a participar como usuarios de un bien universal no obstante su carácter de omnipresente e inagotable cuyo uso y aprovechamiento debiera haber sido siempre accesible e irrestricto, por que sus aplicaciones, siempre, en alguna medida implican actividades desarrolladoras. La importancia de los capitales involucrados en torno a temas de generación y distribución, más los intereses creados por su venta masiva, promueven el paternalismo al que fingen verse obligados a ejercer los gobernantes y emprendedores del orbe, en tareas propias de administración de este tipo de recursos. Tarde o temprano, estos “rectores” se trasforman en explotadores oligopólicos del bien que capitalizan tanto en forma política como económica, siendo colmo de esta expresión depredadora: el suministro insuficiente, costoso, condicionado, y excluyente de la energía que debiera significar el detonante fundamental de toda actividad productiva. Con la eliminación de los indirectos asociados a la distribución, se daría la baja del costo, con esta baja, se abriría la generación a una mayor gama de inversionistas, lo que fortalecería la competencia de emprendedores privados liberando al gobierno de una actividad que supera sus capacidades.



Enfatizaré al asegurar que no solo por si misma la energía eléctrica es bondadosa, ya que condiciona potenciar sus cualidades el hecho de ser generada limpiamente, de no ser así sus costos en materia ecológica solo serian trasladados a un punto diferente del proceso. Así mismo contar con un costo ínfimo de distribución, permitiría que el mercado mundial y sus leyes obren a favor de desincorporar el tema de la demagogia y la especulación. Estos razonamientos nos inducen hacia las primeras condiciones que debe satisfacer nuestra fuente para constituirse como la “fuente energética más viable” 1.- “Conseguir una forma de generación económica, sostenible y puntual, entendiendo puntual como: presente en cada ubicación fija o móvil en que sea requerida”. 2.- “Que esta forma de generación implique costos de fabricación operación y consumo que puedan considerarse ínfimos, de manera que la energía pueda pasar a ser un medio más que un fin en la cadena productiva”. Esta forma de generación implicaría necesariamente la utilización de un motor puntual, que transforma la energía potencial (totalmente limpia) en trabajo útil. Por sus características seria optimo su uso para la generación de electricidad, sin que este uso sea una limitante para un sin número de aplicaciones. Al satisfacer las primeras condiciones, se rompe con esquemas clásicos de valoración costo–beneficio, despreciando los costos asociados y dando un renovado enfoque de valoración al capitulo beneficio, por ser extraordinariamente alto.

1.11.- Consideraciones sobre La Energía Potencial Contenida en el Agua. Con base en los criterios técnicos actuales de valoración, las fuentes energéticas consideradas como: más productivas también son las más contaminantes. El enfoque tradicional para obtención de satisfactores compatibles con las demandas humanas considera un tipo de sacrificio o costo, pagadero por el planeta, que parece un mártir resignado a cargar con todas las culpas de la especie que lo parasita y degrada atentando contra su integridad. Pero esto es solo una apariencia, ya que el planeta se defiende y cualquier atentado contra el, tarde o temprano repercute en las especies vivas que lo pueblan. Ejemplo de ello son las alteraciones climatológicas que toman cada vez mayor importancia por las consecuencias evidentes ante sus cada vez más estruendosas manifestaciones, que nos hacen remontarnos a tiempo inmemoriales donde los meteoros representaban la furia de los Dioses tiranos e insensibles que por motivos inciertos exigían vidas humanas. Los meteoros y catástrofes naturales en nuestro Planeta no solo son muestras del amenazador poderío que puede desplegar la naturaleza. Ese poder es a su vez una muestra de la generosa fuente energética disponible para seguir consintiendo a las especies que en su compañía viajamos por el infinito hacia un futuro incierto. Toda esa energía se muestra ante nuestros ojos y al igual que los primeros seres de nuestra especie sobre la tierra, no hemos sabido traducir el mensaje que nos da el planeta. Esta energía representa el potencial latente en la materia que visible o invisiblemente a nuestros ojos rodea nuestro entorno y está disponible para ser utilizada sin degradar mayormente nuestra “casa”. Esta es la energía potencial disponible a nuestro alrededor.



La energía total disponible en nuestro planeta, se encuentra como es conocido, asociada a la materia disponible. Es un hecho aceptado que la masa o materia disponible en el planeta está constituida en gran medida por masas acuíferas, que circundan el planeta en la hidrosfera, esta representa el 75% de la superficie total de la tierra.

La masa de la hidrosfera es de: 1.400 × 1021

kg.

En comparación con la masa de la tierra 5.974 × 1024

kg

Y la de la atmósfera 5.100 × 10 18

kg

Lo anterior nos lleva a deducir que de la energía total disponible en el planeta, una gran parte es atribuible a la masa de los cuerpos acuíferos, para ser más precisos podríamos asegurar que la segunda gran masa del planeta es agua. Dicha masa le confiere por medio de la velocidad una energía, que se constituye como una fuente sub explotada. El agua es la fuente de “energía primaria” más adecuada. El agua no solo es una sustancia primordial para la vida en el Planeta, sino que además es el medio para la sustentabilidad de los seres que lo habitan, fenómenos de gran relevancia se relacionan a grandes y pequeñas masas acuosas en la tierra y ocurren a cada momento ante nuestra vista, también se dan procesos de los que apenas tomamos conciencia. Como el caso de los procesos biológicos que suceden dentro de nuestro organismo. Baste saber que a manera de segundo esqueleto, el volumen de agua contenido en nuestros organismos aporta a estos un soporte estructural adicional al de nuestra osamenta, esto es por el carácter incompresible del agua, ya que de no ser así, nuestra masa muscular debería encontrar un nuevo argumento de soporte contra la flacidez, o bien las características morfológicas de nuestra piel y músculos serian de otra apariencia; quizá no muy agradable. De alguna forma todo lo que contiene agua implica energía, que se encuentra contenida de forma explicita o implícita en sus moléculas y se manifiesta de una u otra forma. Un fenómeno que cobra gran interés y especialmente para esta tesis, es el trabajo manifestado por las fuerzas de ascensión las debidas al diferencial de densidades entre dos masas en contacto íntimo. Esta es una muestra clara de la energía potencial contenida en un fluido líquido. Esta energía potencial es óptima para ser transformada en trabajo por medio del motor correcto. En el tema anterior se evidencio la importancia en la generación de energía eléctrica por medio de un sistema motriz (motor) capaz de transformar la energía potencial en trabajo, entonces no se puntualizó que tipo de motor podría llevar a cabo esta proeza, ahora la definición del tipo correcto de motor nos lleva al establecimiento de nuevas condiciones que debe satisfacer nuestra fuente para constituirse como la “fuente energética más viable” 3.- El sistema que la genere debe ser diseñado para aprovechar la energía potencial de manera tal que no implique costos en materia ecológica. 4.- Además debe utilizar la energía potencial de una fuente primaria que no sufra degradación alguna, tampoco depreciación ni gasto, lo que significa costos de consumo prácticamente inexistentes. Aclarando: la fuente primaria seria una de las formas de energía potencial contenida en el agua, se propone que sea esta la que se manifiesta al ponerse en contacto con un material de densidad inferior a la suya. La que luego de ser transformada en trabajo por medio de un sistema motor de flotación, seria capaz de alimentar a los generadores eléctricos (todo esto sin la degradación de materia y sin residuos contaminantes), lo que se constituirá en “la fuente energética más viable”



El empuje ascensional ampliamente estudiado y considerado en el cálculo de estructuras marinas y subestructuras para cimentaciones en presencia de suelos con un alto valor en su fase liquida; representa una clara manifestación del poderío contenido en las masas acuosas del planeta, mismo, que parece oculto a los ojos de los profesionales de la geotecnia, por contrarrestarse con las fuerzas gravitatorias de sentido opuesto, actuantes en dichas subestructuras. Por esto, el potencial energético del empuje ascensional suele pasar desapercibido hasta en tanto no produzca falla en las estructuras superficiales de la corteza terrestre. Sin la presencia del agua, u otro fluido Newtoniano de similares características, no seria posible la manifestación mas poderosa de la naturaleza; “El empuje Ascensional”, sin el cual, perdería sustento la superficie terrestre y se precipitaría hacia el fondo de roca fundida que representa la mayor masa del planeta. Podemos decir en consecuencia, que: el empuje ascensional se presenta también bajo nuestros pies en las inmediaciones del centro de la tierra. Mas este fenómeno remoto no será el que nos ocupe, sino que aplicaremos dicha manifestación acaecida en nuestro entorno inmediato, como consecuencia inevitable de la omnipresencia del agua en nuestras vidas. Baste pues la presencia de un cuerpo de densidad menor a la unidad, inmerso en un fluido newtoniano, para que se manifieste una fuerza sobre el cuerpo sumergido, de cuantía predecible bajo condiciones atmosféricas promedio normales. Esta fuerza será nuestro punto de partida, para establecer un modelo mecánico que la utilice y transforme acorde a nuestros propósitos.



Tema 2

Un Modelo Mecánico que emplea el Efecto del Empuje Ascensional.. 2.1.- Objetivo: Establecer un modelo mecánico que emplee el Efecto del Empuje Ascensional, que nos lleve al desarrollo de un sistema motriz que se constituya en una nueva forma de obtención de trabajo que sea totalmente sustentable y rentable. Los motores de nuestros tiempos, mismos que comprenden desde sofisticados sistemas, hasta simples maquinas, tienen la capacidad de realizar trabajo útil para el desarrollo de diversas actividades productivas en beneficio de la humanidad, no importando el tipo de motor del que se trate, sustenta su funcionamiento en: la utilización de energía (que puede provenir de diversas fuentes), para ser transformada en movimiento y cubrir un objetivo especifico. Hagamos un paréntesis para mencionar que conceptos muy simples llevados a un alto grado de desarrollo, han brindado grandes beneficios a la humanidad. Desde evocar la bombilla eléctrica y las múltiples pruebas experimentales para conseguir su perfeccionamiento, hasta llegar a las modernas luminarias, sabiendo que el concepto original era: “Hacer pasar una corriente eléctrica por un filamento dentro de una bombilla de cristal en ausencia de oxigeno”. Ejemplos sobrarían, pero si meditamos sobre la simpleza del concepto del motor de combustión interna; “Una serie de explosiones, controlando sus efectos para producir movimiento”. Caeríamos en la cuenta de que tal vez existan miles de casos inspiradores que han sido sub valuados. Ahora nuestra apuesta por una tecnología limpia para producir energía ilimitada, solo podría reportar beneficios, ya que solo se requiere establecer un Modelo de Utilidad susceptible de perfeccionamiento continuo. 2.2.- Desarrollo: Entremos pues en materia para el conocimiento de un principio que por si mismo brindara un nuevo concepto del significado de “tecnología limpia”. 2.3.- DESCRIPCIÓN Con la finalidad de conseguir una mejor comprensión que describa la invención, iniciaremos por establecer los elementos componentes del modelo mecánico de utilidad que será analizado, su nomenclatura y descripción son como sigue mismos que se muestran en la siguiente figura:

Fig. 7: Identificación y Nomenclatura.



2.3.1.- Cuerpo Continuo (A): se trata de una concatenación de flotadores de peso mínimo, unidos por sus centroides uno tras otro para finalmente cerrar con la unión del primero al último, en un solo “cuerpo continuo” Como características debe poseer: resistencia mecánica suficiente a fuertes tensiones, ser un sistema aerodinámico por su forma, articulado, flexible. Sus componentes principales (los flotadores) presentan una densidad menor a la unidad y tendiente a cero. Para su diseño, el material de fabricación debe además de ser una superficie muy lisa, contar con un coeficiente de fricción muy bajo. Otro criterio importante es que los flotadores cuenten con cuerpo voluminoso para que actúen en el las fuerzas que queremos aprovechar, pero a su vez deberá presentar una superficie exterior mínima que facilite su desplazamiento a través del seno de un fluido. Para esto se ha asumido de inicio la forma esférica. 2.3.2.- Fluido Newtoniano (B): fluido de densidad y viscosidad; mayor o igual y menor o igual que la unidad respectivamente. Entre sus características mas importantes será que: presenta un volumen que es como mínimo igual al del volumen de conjunto del cuerpo continuo, siendo como máximo “ilimitado”, Por sus propiedades podemos decir que se debe utilizar un fluido ideal para que las fuerzas de fricción internas presenten una tendencia a cero. Para fines prácticos, se sugiere la utilización de agua de mar, por su disponibilidad y abundancia. La forma física será definida por un recipiente contenedor. 2.3.3.- Contenedor (C): recipiente de forma especifica que brinda un medio adecuado para el transito del cuerpo continuo que transcurre inmerso en el, así como para la permanencia de la membrana permeable, misma que se definirá posteriormente. Tendrá como característica importante, no ser eficiente trabajando como conducto del fluido que lo inunda, ya que su función es contener, más que conducir. Otra característica importante será la relación que guardan las secciones del recipiente. Para su diseño: el material de fabricación solo tendrá una particularidad, que es el de presentar caras interiores con rugosidades especificas y mamparas internas dispuestas de manera preestablecida para incrementar las perdidas de carga por fricción y disminuir la energía asociada al flujo de las partículas de agua que pudiesen darse ante una posible fuga del Fluido Newtoniano. Respecto a las características exteriores del contenedor, no se hará recomendación alguna.

Boquilla Inferior (C-1): elemento del contenedor, ubicado en la parte baja de este, para el ingreso al fluido de los flotadores del cuerpo continuo. Fabricado o recubierto interiormente de material blando pero resistente y con mínima a nula adherencia con respecto al material de fabricación del cuerpo continuo, lo que lo torna poco expuesto al desgaste y facilita el acceso de los flotadores. Los flotadores definen la dimensión exacta (sin tolerancia) de la entrada de dicha boquilla, por lo que su diseño se asemeja a la de un sello mecánico, al trabajar bajo la misma premisa “no permitir fuga”. Una parte muy importante de este modelo será esta boquilla, ya que tendrá la misión de evitar en la medida de lo posible, la fuga del fluido. Cámara de vacío (C.2): conformación especifica en la parte superior del contenedor, tal que por medio de una válvula permite la extracción controlada de la presión al interior de dicha cámara. Esta cámara cuenta en el fondo con una membrana flexible impermeable que se constituye como un elemento de transición entre el fluido y la atmósfera de vacío al interior de esta.



La membrana simula una tensión superficial mayor y evita la asimilación de vapor de agua al interior de la cámara. Boquilla superior (C-3): elemento del contenedor, ubicado en la parte alta de este, sirve para la expulsión de los flotadores del cuerpo continuo al exterior del fluido. Fabricado o recubierto interiormente de material blando pero resistente y con mínima a nula adherencia con respecto al material de fabricación del cuerpo continuo lo que lo torna poco expuesto al desgaste y facilita la salida de los flotadores. Al igual que la boquilla inferior, los flotadores definen la dimensión exacta (sin tolerancia) de la salida de dicha boquilla. 2.3.4.- Transmisión (D): sistema de poleas que dispuestas y dimensionadas ex profeso contribuyen al transito del cuerpo continuo del interior del fluido al exterior de este y luego de retorno al interior nuevamente en un ciclo definido. Dichas poleas se encuentran dimensionadas de tal forma que se obtiene mayor torque en la parte inferior del sistema de transmisión. Se considerará un sistema de baja velocidad. Para el caso especifico del sistema motor que nos ocupa, será considerada originalmente una relación de transmisión Rt = 1 D.1.- Polea de Velocidad: polea de mayor tamaño o Corona. D.2.- Polea de Potencia: polea de menor tamaño o Piñón. Lo anterior es solo para consideraciones de potencia, ya que para el prototipo se consideran poleas de idénticos tamaños para mantener la Relación de transmisión = 1 2.3.5.- Carga ( E ): flecha directamente acoplada a la polea de potencia, en ella se concentra la mayor parte del trabajo físico de que es capas el sistema. Esta capacidad será empleada para la Generación de Energía Eléctrica en este caso, mas no es la única aplicación posible. 2.3.6.- Empuje Ascensional (F): fuerza definida por el peso del volumen que desplazan los flotadores, menos el peso propio de los flotadores y sus elementos articulantes. 2.3.7.- Membrana permeable (G): cuerpo permeable cuyo objetivo es permitir el contacto permanente del cuerpo continuo (A), con el fluido (B), mas limitar la velocidad del movimiento de las moléculas de este, promoviendo la mayor perdida de carga por fricción que sea posible, para disminuir al máximo la fuerza de fuga y conseguir mas eficiencia en el sello de las boquillas inferior y superior. 2.3.8.- Peso Propio (H): fuerza producto de la masa de los flotadores y sus elementos articulantes, en coacción con la debida a la gravedad, se presenta tanto dentro, como fuera de contenedor. Esta fuerza deberá ser despreciada, ya que es equilibrada por jugar a ambos lados del sistema. 2.3.9.- Membrana Impermeable (I): Elemento flexible, impermeable que constituye un elemento de transición entre la presión negativa de la Cámara de Vació (C-2) y el Fluido Newtoniano (B). 2.3.10.- Giro (J): efecto de las condiciones establecidas.



2.3.11 Fuga (K): combinación de fuerzas; barométrica y gravitacional tendientes a desalojar el fluido del contenedor por la boquilla inferior. Una vez definidos los elementos y efectos principales, procedemos a la descripción del conjunto: Se trata de un sistema que aprovecha la fuerza (F) de empuje ascensional que ejerce el fluido sobre el cuerpo continuo, por la diferencia de densidades entre ambos. Para efectos de cuantificación de los efectos generados, establecimos un volumen definido de cada flotador, el cual desplaza al fluido de densidad igual a 1.00 a razón de 65.00 gr/pza.

Fig. 8: Requisitos básicos.

Al cuantificar el volumen unitario desplazado, este corresponderá con la fuerza de empuje, sin sufrir merma alguna por fuerzas de fricción, ya que el fluido a utilizar será idealizado. Los flotadores en consecuencia incrementan su capacidad de ejecutar trabajo en la medida que se aumenta el número de estos.

Fig. 8-A: Trabajo Desarrollado.



Para el caso de n flotadores, la fuerza W y el peso propio p son máximos. Estos valores decrecen

al salir los flotadores a la superficie.

Fig. 8-B: Capacidad Variable.

Este problema es parcialmente resuelto al trasladar la capacidad de ejercer el trabajo a la flecha

W, mientras se cuente con el potencial de los flotadores por emerger y el peso p de los flotadores

fuera del fluido como efecto de su direccionamiento por la polea.

Consultar la fig. 8-C: Transferencia de la Carga “W”.



Este efecto es finito y no aporta una cantidad considerable de trabajo mecánico aprovechable por lo que se precisa que los flotadores del cuerpo continuo ingresen al contenedor por la boquilla inferior y salgan de este por la boquilla superior en un ciclo repetitivo definido por la transmisión. Este efecto es ideal siempre que se mantenga resuelta la fuga en la boquilla inferior.

2.4.- Análisis Matemático

A continuación, serán cuantificadas las principales fuerzas generadas en el sistema, también se establecerá su aplicación en el modelo de utilidad. Empuje Ascensional. (F) Según el principio de Arquímedes abordado en el Tema 1, se define como el peso en agua del volumen desplazado.

Para nuestro caso todas las definiciones se establecieron con una forma esférica de los flotadores del cuerpo continuo, también se asume una densidad igual a la unidad para el fluido, por lo que el empuje coincide con el volumen de la esfera, el cual esta dado por:

Para el modelo ejemplificado en la figura 7, se tiene una esfera de radio = 0.025 mts. El número de flotadores inmerso en el fluido es 16.00 Pzas. por tanto el valor de F = 1.046 kg Se desprecia el peso propio del cuerpo continuo, ya que se cuenta con el mismo peso en ambos lados de la polea por tanto; en equilibrio. Para incrementar la fuerza ascensional (F), se puede cambiar la geometría de los flotadores, con los consecuentes ajustes a la arquitectura del conjunto.

Fig. 9: Cambio de Geometría.



Al convertir los flotadores, además de presentar formas más aerodinámicas, eliminamos parte del volumen ocioso entre flotadores. Conseguimos un nuevo valor para la fuerza F = 1.390 kg Presión de Fuga. La fuerza (F) debe tener un valor superior al de aquellas que se oponen al giro (J), por lo que, para conseguir mayor energía aprovechable, se establecen condiciones propicias para disminuir a su mínima expresión la fuerza (K), esto se consigue de la forma siguiente:

a) Con el diseño de la boquilla inferior, misma que a la vez que impide que el orificio permanezca constantemente abierto, reduce la fuerza necesaria para el paso de los flotadores por la misma, en términos prácticos podemos decir que debemos disminuir al mínimo el escape del fluido, sin restringir el transito de los flotadores.

b) Con la inclusión de la membrana permeable (G); El movimiento de las moléculas de agua es prácticamente inmediato al tener que ocupar el espacio dejado por otras en movimiento, mas el camino a seguir puede ser directo o no. La misión de la membrana permeable es crear un laberinto para el agua. El correspondiente incremento en la viscosidad al interior del recipiente, obra en la cercanía de la capa limite, lo que resulta benéfico para nuestro caso.

c) Se refuerza con el establecimiento de una mayor presión negativa en el interior de la cámara de vacio (C.2), la cual disminuye los efectos de la presión barométrica en el fluido al tender a escapar por un “orificio de fuga”. La cámara de vació, reduce los efectos de la presión de fuga (K) de la boquilla inferior.

d) Otra forma de impedir el escape (K) del contenedor es por medio de la interacción entre las boquillas, que de la misma manera que sellos mecánicos permiten el movimiento de la flecha de una motobomba sin fuga del fluido bombeado, así mismo las boquillas (C.1 y C.3) permiten el tránsito de los flotadores sin permitir que ingrese mas aire del que será posteriormente desplazado, para mantener el vacio generado con mínimas alteraciones posible, tal que puedan ser controladas.

El caudal de salida por el orificio abierto de la boquilla inferior se calcula según lo visto en “Caudal Descargado”

= 0.00 lts/seg esto por contarse con una sección de escape = 0.00

En el instante en que la sección de salida es 0.00 cm2 mas solo es así en la mitad del

periodo. Para nuestro caso; la fuerza K estaría representada por el peso del liquido sobre el orificio de salida, ya que fue anulada la acción atmosférica al incluir el vació de la cámara. El orificio de salida se encuentra abierto solo a la mitad de su sección en promedio, ya que permite de forma intermitente el paso de los flotadores. K = 0.8931 kg. Existe un remanente de 0.496 kg. Obrando a favor del giro, despreciando la fricción en las boquillas. Para este análisis preliminar despreciaremos también el efecto del vació generado en la cámara. Los flotadores que ingresan al fluido, unidos firmemente entre sí impulsan a aquellos que están al turno de salir del contenedor por la parte superior, al tiempo que jalan a aquellos ingresaran por la boquilla inferior. El ciclo resulta una iteración capitalizable al ser recopilada por la flecha (E) a través de la transmisión (D).



Finalmente se establece que el torque (J) generado en la flecha, es capas de ser calculado para una carga predeterminada (E) instalada en la flecha, esto; manipulando los elementos principales del motor de densidades, entendiéndolo como proporcional a las fuerzas de empuje (F) promovidas. El resto de los parámetros, tanto benéficos como adversos, pueden ser llevados a valores óptimos para una mayor eficacia del sistema. Este es el modelo de utilidad del que partiremos para llegar a nuestro objetivo. En principio; el concepto es simple: “Utilizar las fuerzas de ascensión generadas entre un elemento de densidad menor al de un fluido en el que se encuentra sumergido.” Puede establecerse que al sumar las capacidades de más de un sistema, se incrementan las capacidades del conjunto, y que la geometría de dicho conjunto determinara su potencia. Por tanto, establezcamos que una vez definido el sistema, será posible que coloquemos un contenedor “C” de forma alargada, tal que pueda albergar “n” arreglos semejantes al del modelo de utilidad, el resultado debiera ser: las capacidades del modelo original incrementado en “n” veces, claro bajo el siguiente supuesto: Que pueda conservarse el Fluido Newtoniano (B) dentro del contenedor (C) indefinidamente, pese a la entrada y salida de los flotadores del cuerpo continuo (A). El elemento crucial y determinante para el cumplimiento del supuesto anterior, es definitivamente el definido como Boquilla Inferior (C.1), ya que es el encargado de evitar la fuga del fluido al tiempo que permite el ingreso de los flotadores al fluido. El sistema en consecuencia tiene una gran dependencia con el funcionamiento de dicho elemento para constituirse en “El Motor de Densidades”. Aclarando: el Motor de Densidades, será el instrumento mecánico que utilice el Fenómeno del Empuje Ascensional, para la creación de movimiento útil, que se transforme hasta conseguir la generación de electricidad. Luego de esto y en consecuencia: Resolver el problema fundamental de todas las ingenierías: “El Logro de Energía Sustentable” y con esto: La solución de todo tipo de problemas de ingeniería



Tema 3

Un Fenómeno en Geotecnia aplicado en la solución de Problemas de Ingeniería

en base al motor de Densidades. Hemos analizado los principios fundamentales de operación del Modelo Mecánico que utiliza el empuje ascensional. Así mismo nos percatamos de los elementos y parámetros más importantes para su desempeño. Ahora con base en ello, desarrollaremos el arreglo más conveniente, que sirva como punto de partida del Motor de Densidades.

Fig. 10: Motor de Densidades.(sin disipador).



Fig. 11: Motor de densidades (con Disipador).

3.1.- Objetivo Definir un prototipo para el “Motor de densidades” basado en conocimientos y consideraciones estudiados y reconocidos a la fecha, mismos que a la postre representan las mejores bases heurísticas para dar inicio en el desarrollo de la tecnología del sistema propuesto.



Del capitulo anterior, nos queda el concepto que regirá el desarrollo para de nuestro sistema. Aclarando diremos que el “Modelo Mecánico” presentado en el tema anterior, representa la forma didáctica más simple de comprender los principios físicos que deseamos explotar. Así mismo se pone en evidencia los problemas técnicos que deben resolverse antes de suponer el éxito en nuestra empresa. 3.2.- Planteamiento del Problema. Durante el desarrollo del llamado “Modelo Mecánico”, pudo apreciarse que el principio es sólido en cuanto a su concepto, pero enfrenta el problema fundamental de verse disminuido por la diferencia entre las fuerzas (F) y las (K) la optimización del sistema podría darse al mejorar algunos aspectos. 3.3.- Desarrollo Para una fácil identificación de los componentes, fueron adicionadas las vistas: frontal y trasera, además se muestra el modelo con la presencia del disipador y sin el. Por lo demás, los componentes serán enumerados utilizando la nomenclatura del Tema anterior. 3.3.1.- Cuerpo Continuo (A): 1.- Los flotadores aprovecharan mejor su potencial al maximizar su volumen, tomando en cuenta que para un volumen equivalente se pueden obtener cualquier forma que resulte mas favorable para su transito al interior del sistema. 2.- El nuevo diseño del cuerpo continuo, adiciona un fuelle flexible entre cada flotador, este se encuentra inoculado de aire a baja presión, con la misión de comprimirse o expandirse según sea requerido por las condiciones de transito del medio continuo. El fuelle se encontrará compactado en su viaje en posición vertical, y se distenderá al tomar la curvatura de la polea.

Consultar la fig. 12: Detalle Drén, Fuelle y Banda.

El fuelle, en todo momento, pero especialmente en su posición distendida aminora la resistencia que opone el fluido al paso de un cuerpo poco aerodinámico. 3.- Como elemento de unión entre los flotadores, se cuenta con una banda flexible que recorre todo el circuito del cuerpo continuo, dicha banda es fabricada de material anti-moho, de baja densidad y altamente resistente a esfuerzos mecánicos, presenta buena adherencia a la garganta de la polea y baja a la camisa de recubrimiento del paso de la boquilla inferior.




4.- Las fuerzas ascensionales según lo visto en el Tema 1 se incrementan en función de la diferencia entre los valores de las densidades del fluido con respecto a la del cuerpo sumergido. La máxima diferencia posible, será lograda al conseguir el mínimo valor para la densidad de los flotadores al inyectarlos de una presión negativa (vació). Claro está que un gran vacío requiere un material de fabricación muy resistente para los flotadores, mismo material que a la vez debe ser ligero, lo que presupone que este balance debe ser muy cuidado. 3.3.2.- Fluido Newtoniano (B): Será sustituida el agua dulce por agua salada de mar, la cual presenta las siguientes ventajas: 1.- Por su un alto contenido de sólidos en suspensión: posee menor capacidad de evaporación; esto resulta muy útil, sabiendo que estará presenta un ambiente a una presión inferior a la atmosférica, situación que promueve la evaporación, y esta incrementa el valor de la presión, desestabilizando el sistema. 2.- Por su viscosidad similar a la del agua dulce tiene un comportamiento prácticamente igual; aunque el valo de la viscosidad se incrementa .

3.- Por su densidad superior a 1.00; (1.02778 a los 4 ºC) se incrementa el diferencia con respecto

a la de los flotadores. 4.- Por su gran disponibilidad: se torna en el fluido mas adecuado para su uso en nuestro prototipo. 3.3.3.- Contenedor ( C ): Debido a que este representa la parte envolvente del sistema puede fabricarse de cualquier forma sin demerito de sus funciones, eso lo convierte en un elemento muy importante tanto desde el punto de vista arquitectónico como funcional. Fueron tomadas las siguientes consideraciones para su diseño: 1.- Fue dotado de una conformación, hermética, que no solo impide la fuga del fluido al exterior del sistema, sino que posee mayor amplitud, esto resulta útil para incrementar el volumen de la cámara de vacío. 2.- Su nuevo diseño cumple nuevas funciones: Una estructural, al soportar al sistema y otra como disipador para mantener a baja temperatura el fluido. Su nuevo diseño, permite el contacto del fluido con los tubos y el laminado (celdas) de aluminio que se encuentran dentro del contenedor, mismos que captan el calor por contacto del fluido y lo disipan al cruzar el aire por dichas celdas, barriendo la radiación calorífica. Un efecto que refuerza el contacto del fluido con las celdas, es la constante agitación ocurrida por causa del transito de los flotadores. 3.- El mismo efecto de disipación se consigue en la parte superior (tapa) del contenedor, donde se persigue que el vapor generado en la superficie, sea precipitado por condensación, para restituir el volumen de fluido al contenedor a la vez que se evita el incremento de presión en la Cámara de Vacío. 4.- Las paredes internas de este presentan rugosidades específicas, que representan perdidas de carga por fricción al trabajar influjo cualquiera en su interior, se prevé que dichas rugosidades queden orientadas hacia el sentido contrario al de la boquilla inferior.

Boquilla Inferior (C.1): Fue modificada radicalmente en los siguientes rubros: 1.- Su ubicación ahora queda fuera de línea con la boquilla superior, además su orientación dificulta la salida del fluido al ubicarlo en ruta de escape contrapuesta tanto con las fuerzas gravitacionales, como con el paso de los flotadores, estos a su vez también aprovechan la fuerza gravitacional en el sentido opuesto debido al sentido de su giro, para actuar mas eficientemente



como barreras entre el fluido y el vacío. Todo esto además contribuye a dar mejor sustento al fluido existente sobre la base del contenedor. Ubicado en la antigua posición de la boquilla inferior, se localiza un paso estrechado para el cuerpo continuo, este presenta una configuración rugosa, orientada hacia arriba, para contribuir a las perdidas de carga a través de este paso en el sentido opuesto al giro deseado en el cuerpo continuo. 2.- Su nueva posición evita cualquier posible entrada de aire atmosférico al interior del seno del fluido, al momento del paso de los flotadores a través de ella. El ambiente imperante fuera del fluido es de vacío a diferencia del modelo pasado, por lo que no existe burbuja alguna de aire que quede atrapada en las comisuras o resquicios del cuerpo continuo; en todo caso lo que quedaría atrapado seria: “vació”. 3.- El vacío imperante en las comisuras del cuerpo continuo, es decir: en los espacios entre uno y otro flotador, eventualmente es rellenado por el fluido que escurre o condensa hacia la parte baja de la cámara de vacío y reincorporada a su depósito al transitar el cuerpo continuo.


El modelo anterior, adolecía de permitir la entrada de burbujas al fluido, esto como resultado del aire atmosférico capturado en los espacios entre flotadores. Este nuevo modelo; tiene los mismos intersticios, pero a diferencia del pasado, lo que puede capturar es vacío, mismo que resulta rellenado por el liquido existente el fondo de la cámara de vacío (ya se explicó como llega este liquido a ese sitio).

En condiciones normales de presión, el liquido a drenar, se introduciría sin problemas en la cavidad intersticial de los flotadores, debido al efecto de capilaridad (tópico abordado en el Tema 1). Los tubos capilares mencionados en el desarrollo del tema de capilaridad, estarían representados por los intersticios que ya fueron definidos, por lo demás, los parámetros definidos por la La ley de Jurin son validos, mas incompletos, ya que omite involucrar los efectos de la presión imperante en el sistema, de la cual podríamos asegurar que resulta determinante en el valor de la absorción. Para nuestro modelo; una vez que el liquido es llevado al deposito de Fluido Newtoniano del contenedor, las fuerzas de cohesión consiguen que este se incorpore al resto del fluido. 4.- La dimensión de ésta, respecto a la de la boquilla superior, es menor, por lo que la fuerza de presión negativa (vacío) que actúa en su área también es menor; Esta condición genera el efecto de una prensa hidráulica con efectos invertidos. (Ver “Principio de la Prensa Hidráulica” Tema 1)

Cámara de vacío (C.2):

Una de las aportaciones mas novedosas del presenta trabajo, consiste en la explotación de los fenómenos de vacío, relacionados tanto con el empuje ascensional, como con su acción como fuerza al actuar en una prensa hidráulica invertida, abundemos en esto: 1.- Respecto al valor del empuje ascensional; este se ve modificado como efecto de la presión negativa generada en la cámara de vacío (C.2) esta es tal que consigue crear en las moléculas del fluido (B) un ambiente propicio de escape disminuyendo la temperatura de vapor. En términos sencillos podremos explicar que a nivel molecular, el agua libra una continua lucha por escapar de la acción de dos indiscutibles fuerzas imperantes en nuestro planeta; una de ellas es la gravedad,



que la retiene en virtud de su masa, la otra es la presión atmosférica, que limita la capacidad de ebullición de la masa y solo permite una tímida evaporación en la capa superficial. En condiciones normales el Fluido Newtoniano debiera alcanzar su punto de ebullición a una atmósfera de presión a los 100º C de temperatura. En otras palabras, El punto de ebullición del Fluido Newtoniano es la temperatura a la cual la presión de vapor de este es igual a la presión que ejerce la atmósfera que le rodea. En esas condiciones se puede formar vapor controlando la presión a cualquier temperatura.

La temperatura de una sustancia o cuerpo es una medida de la energía cinética de las moléculas. En el caso de los fluidos y particularmente para el agua a temperatura inferior al punto de ebullición, esta energía fuerza a la estructura molecular a convertirse a una forma que ocupe mayor volumen, tendiendo hacia la ruptura de los enlaces sin lograrlo hasta alcanzarse los 100º C. Al llegar a la ebullición, el gas generado se constituye en una burbuja que al ser impulsada por las moléculas excitadas de agua, es capas de romper la tensión superficial y escapar a la superficie.

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia (18.0157 g/mol y enlaces puente de hidrógeno para el H2O).

En el caso del agua sus átomos de oxígeno tienen dos pares libres y dos átomos de hidrógeno, significando que el número total de enlaces de una molécula de agua es cuatro. Estos enlaces tienden a disminuir el proporción directa a la presión e inversa a la temperatura.

El efecto perseguido con la inoculación de vacío al interior de nuestra Cámara, es precisamente el de conseguir disminuir el numero de enlaces moleculares en el Fluido existente en el Contenedor, mas sin llegar con esto a la ebullición, desde luego. Mencionaremos que aun sin llegar a la ebullición, la evaporación en la superficie, es prácticamente inevitable, por lo que se busca su precipitación al disipar su temperatura. Ahora bien, el umbral para la conversión del agua liquida a gas se confronta, al disminuir la presión y la temperatura, mas los efectos antes de cruzar de dicho limite es nuestro objetivo, por que aprovecharemos el incremento de energía cinética al brindarle al sistema una burbuja artificial: que serán los flotadores del Cuerpo Continuo cuyo volumen, consigue que la energía asociada a los enlaces rotos, trate de expulsar a dicha burbuja y restituir la cohesión molecular, utilizando una fuerza superior a la de la Fuerza Ascensional definida por Arquímedes. Por su parte los flotadores tienen un volumen que tratará sin lograrlo de sumarse al volumen interno de la Cámara de vacío para equilibrar la presión imperante en su interior. Los experimentos clásicos nos muestra como es que las fuerzas de ascensión actúan ejerciendo su valor de forma independiente al volumen del fluido de inmersión, es decir: no importa la cantidad de fluido existente bajo un sólido, su empuje será ejercido, el único requisito es que este se encuentre mojando al sólido y como mínimo cuente con una superficie de soporte. Según lo expuesto, las fuerzas (F) encuentran, una variante en la cuantía del empuje ascensional al modificar el valor de la atmósfera que toca la superficie del fluido de inmersión. El principio no ha sido documentado en nuestros tiempos, más allá de la definición de presión de vapor, mas representa una gran relevancia al significar que es posible incrementar la fuerza de ascensión, por arriba del valor esperado.

Boquilla Superior (C.3):

También fue modificada sustancialmente, ya que ahora: 1.- Deja de ser hermética por lo que la fricción con los flotadores a su paso se anula. 2.- Mejora su diseño ubicándola en una posición tal que la altura del fluido es ahora máxima.



3.3.4.- Transmisión (D): Se ubica a los ejes de esta en el interior del contenedor. 3.3.5.- Carga ( E ). (sin comentarios). 3.3.6.- Empuje ascensional (F): Según lo expuesto se Incrementar su valor por lo que las fuerzas (K) pueden ser fácilmente vencidas. 3.3.7.- Membrana Permeable (G): Se anula como tal, mas sus efectos no, estos son producidos ahora debido a las perdidas de carga por fricción ocasionadas por la pared externa de las tuberías y el laminado del sistema de disipación de temperatura, además por la cara interna del contenedor. 3.3.8.- Peso Propio (H): Con la nueva cuantificación de fuerzas (F), se obtiene un valor mayor de la inercia, misma que obra en función de la velocidad de los elementos del cuerpo continuo en interacción con su peso. 3.3.9.- Membrana Impermeable (I): Conserva su misión original, pero aun mas importante que fungir como interfase, se constituye como un refuerzo para la tensión superficial, limitando la evaporación al mínimo de la capa superior del Fluido Newtoniano. Como es sabido, existe un equilibrio exquisito entre: humedad, temperatura, presión, energía; contenidas en una masa de agua y el ambiente que toca su superficie, por lo que las moléculas de agua confrontan la energía de cohesión remanente en la ultima capa (en la superficie) con la presión atmosférica y temperatura que interaccionan con el espejo de agua. Esto además de dar sentido a la tensión superficial, sirve para mantener adherida a la membrana de la tensión superficial, a un pequeño volumen de agua en estado gaseoso, mismo que se incorpora al ambiente cuando las condiciones de equilibrio lo requieren. Lo propio sucede con el agua gaseosa contenida en el ambiente, la cual también representa una reserva de vapor esperando sentir los efectos de presión y temperatura propicios para restituir el equilibrio energético entre el agua y el medio ambiente. Este fenómeno de compensación se hace especialmente presente en las grandes superficies de agua, en donde el área de contacto con el medio ambiente es mayor. En cambio no es igualmente valido para los grandes volúmenes, desde luego, cuando la superficie de estos es menor. Aclarando: la evaporación del agua como mecanismo de compensación es mas propicio para una mayor superficie, teniendo que el mismo volumen de agua se evapora mas fácilmente cuando su espejo expuesto al ambiente es mayor. La misión mas importante de nuestra membrana impermeable, será pues esta misma; limitar la superficie en contacto con el ambiente de vacío de la cámara, a fin de conseguir conservar en un valor mínimo la evaporación en la superficie. 3.3.10.- Giro (J): Su valor estará integrado por los siguientes parámetros:



1.- El empuje ascensional definido por el Principio de Arquímedes. Este se incrementa al tratarse de agua de mar en lugar de agua dulce, ya que la diferencia de densidades entre los flotadores y el fluido de inmersión se torna mayor 2.- El empuje cinético conseguido por la necesidad de las moléculas de agua de restituir los enlaces abiertos debido al desequilibrio producido por la disminución de la presión de vapor. 3.- Inercia, ya que si bien la fuerza debida a la gravedad no juega a ningún lado de la polea, por equilibrio estático, en cambio, como producto de su movimiento y masa, experimentan una fuerza que se opone al estado de reposo del Cuerpo Continuo 3.3.11 Fuga (K): Este aspecto, fue resuelto al conferir al Contenedor ( C ) una conformación de prensa hidráulica, donde la fuerza actuante esta representada por la presión negativa de la Cámara de Vacío (C.2) es difundida por medio del Fluido Newtoniano (B) a todo el sistema, lo que reduce la presión de salida en la Boquilla Inferior (C.1), consiguiendo que la fricción requerida entre esta y los flotadores del Cuerpo Continuo (A) sea mínima al actuar como sello mecánico. Este valor se lleva a su mínima expresión siendo igual o menor al sobre valor de las fuerzas ascensionales por empuje cinético, en conjunto con las friccionantes generadas en los valeros y poleas de la Transmisión (D), y sello mecánico de la Boquilla Inferior, por lo que la potencia esperada es la cuantificación total de la fuerzas previstas por el principio de Arquímedes.

3.3.12.- Análisis Matemático

Se da una nueva cuantificación de las principales fuerzas generadas en el sistema.

Empuje Ascensional. El nuevo flotador tiene forma cilíndrica:

Para el modelo de la figura 11, se tiene un cilindro con radio = 0.025 mts., su altura es de:

0.03 mts.

El número de flotadores actuantes en el fluido es de 33.00 Pzas. Por tanto el valor de F = 1.9438 kg El valor de las fuerzas (K) ha sido anulado por las mejoras al sistema, por tanto K= 0.00 o menor El valor de “F” es pleno, a favor del giro “J” Al igual que cualquier concepción nueva, el presente trabajo, trata mas concretamente de establecer una línea de investigación técnica, para llevar el concepto a un desarrollo tecnológico pleno, ya que como es sabido, todo en este planeta es perfectible y susceptible de mejora. Para nuestro caso los principios planteados, verosímiles o no al lector, deben ser acercados al pragmatismo y alejados de escepticismo para conseguir mirar a la energía latente en la naturaleza y para nuestro caso, la existente en los cuerpos acuíferos, de forma tal que podamos distinguir en ellos el sustento que potencialmente albergan en materia energética.



Conclusiones: Podemos concluir, aseverando que el sistema motriz propuesto como método para la obtención de trabajo suficiente para generar energía eléctrica, es factible, desde luego, por tratarse este de una novedad, seguramente será motivo de arduo estudio y modificaciones continuas a fin de conseguir un sistema maduro antes de su puesta en marcha. Además, la tecnología apostada en esta iniciativa es relativamente sencilla y por consecuencia vulnerable a la devastadora acción de los grandes capitales destinados para la comercialización unidireccional, con las deslealtades propias de los núcleos de poder político. Tres tópicos que tendrán polémico desarrollo serán Primero: el referente a la variación en la cuantía del empuje ascensional como efecto de la presión atmosférica imperante. Segundo: la novedosa aplicación del principio de la prensa hidráulica con una fuerza actuante de sentido inverso. Tercero: la aplicación de los fenómenos de capilaridad en la instauración del dren de vacío para restituir el equilibrio entre los dos fluidos que conviven dentro del contenedor. Recordemos que los principios y leyes físicas enunciadas a lo largo de la historia, han tenido que ser maduradas, siendo en sus orígenes innovadoras, el tiempo muestra que tarde o temprano son complementadas al menos y radicalmente modificadas en algunos casos. Así, las teorías otrora mejor aceptadas o vertidas por los mas reconocidos científicos que ha dado la humanidad al acervo tecnológico mundial, han demostrado ser provisionales ante las luces del desarrollo destellando al paso de las centurias; destellos que no dejarán de resplandecer, mientras exista la sospecha de lo infinito. Este humilde trabajo, lejos de constituirse como un extracto del pensamiento de un servidor, representa una aplicación de los valiosos conocimientos adquiridos en la Honorable institución, que me permite ahora presentar esta Tesis de Investigación. Abonemos al engrandecimiento del IPN pues los conceptos clásicos impartidos en las aulas, tienen miles de citas con el Marco teórico que nos rodea, “donde las nuevas teorías y datos adquieren

relevancia”.

El acervo técnico propio de la Ingeniería Geotécnica, como rama de la Ingeniería Civil, brinda una vez más un importante aporte al catalizar los estudios sobre las propiedades mecánicas e hidráulicas de los materiales provenientes de la Tierra.

El cúmulo de conocimientos que la ingeniería geotécnica en su afán investigador por determinar cabalmente las propiedades y principios de la mecánica y de la hidráulica del suelo y las rocas por debajo de la superficie, para diseñar las cimentaciones para estructuras, otorga una nueva luz. Esta vez explica como el agua (recurso proveniente de la tierra), nunca antes había sido observada desde un punto de vista tan “naturista”, para ubicarla como protagonista de los procesos energéticos en los que participa en el planeta.

Los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los procesos de los materiales del suelo, necesitan un adecuado dominio de los conceptos básicos de la geología e hidrología, mismas disciplinas que obligan a una estricta observación para conocer las condiciones bajo las cuales determinados materiales fueron creados, maquilados y depositados. Además de que todas estas transformaciones precisan de fuerzas físicas que los materialicen; en todos ellos de una u otra forma intervienen fluidos y particularmente agua.

El presente trabajo pues es producto de la observación de fenómenos de manifestación de energía en la naturaleza y específicamente asociadas al agua, su comprensión y reproducción en condiciones particulares; es decir: nuestro “Motor de Flotación” es una muestra extraída de la propia naturaleza.



Tiempo era lo que faltaba para que el ingeniero civil volteara hacia la geotecnia y sus técnicas para asociar al agua y la energía en un vinculo tan intimo, así brindar al mundo una nueva alternativa de usufructo de los recursos que la naturaleza nos brinda y especialmente hacer justicia a las masas acuíferas, mismas que por su presencia imperante en nuestras vidas han pasado a ser sub utilizadas y degradadas.

Quizá solo Karl Terzaghi como “Padre de la Ingeniería Geotécnica y la Mecánica de Suelos” habría concebido la idea de poner a esta rama de la ingeniería como “cimiento” de las propias ingenierías al explicar como es que toda la energía disponible en la naturaleza y útil en todos los procesos de ingeniería; proviene de la tierra.



Bibliografía:

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