Sistemas de tuberías bajo presión y flujo libre

Llamado también canal madre o de derivación y se le traza siempre con pendiente mínima, normalmente es usado por un solo lado ya que por el otro lado da con terrenos altos.ssss

INTRODUCCIÓN 1

HIDRÁULICA

1. Generalidades

1.1 Definición

La palabra Hidráulica viene del latín hydraulica y ésta del griego hydrauliké que

corresponde al término femenino de hydraulikós, que a su vez se deriva de hydraulis,

cuya traducción al español podría ser tubo de agua, pues se compone de dos palabras:

hydor = agua, y aulos = tubo. Sin embargo, otros autores en forma mas pintoresca,

traducen hidráulica como órgano de agua y sitúan su origen en el griego hydor = agua, y

en aulein = tocar la flauta. Realmente, esta interpretación se debe a que el hidraulus es

un antigüo instrumento musical precursor del órgano de nuestros días, en el que un

depósito con agua estabiliza la presión del aire que pasa por los tubos.

Figura 1.1 Origen de la palabra hidráulica. IAHR Bulletin. 1997.

1.2 Objetivos

1.2.1 Objetivo General

Estudiar los principios que rigen el movimiento del agua en sistemas de conducción a

flujo libre y a presión, considerando flujo permanente uniforme y variado en régimen de

flujo turbulento.

1.2.2 Objetivos Específicos

Analizar y diseñar hidráulicamente sistemas de conducciones a presión y a flujo

libre.

Resolver ejercicios prácticos sobre conducción de agua por tuberías y canales.

1. 2.3 Objetivos Instruccionales

Conocer y manejar las ecuaciones básicas del flujo libre y a presión.

Definir los parámetros geométricos e hidráulicos para el diseño de canales.

Dimensionar la sección transversal de los canales según diferentes criterios de

diseño.

Conocer los casos mas comunes en el diseño de canalesM. E. Guevara A. INTRODUCCIÓN 2

Identificar controles en el flujo: compuertas, vertederos, cambios de pendiente,

caídas, etc.

Analizar y calcular los perfiles de flujo variado: rápido y gradual.

Repasar las ecuaciones básicas para calcular pérdidas de energía hidráulica tanto

por fricción y localizadas en conductos a presión.

Diseñar conducciones de agua a presión incluyendo sistemas simples, en serie,

en paralelo, abiertos y mixtos.

Analizar el funcionamiento de sistemas de conducción a presión según la

posición de la tubería con relación a las líneas de energía y por efectos de la

sobrepresión causada por el golpe de ariete.

Analizar y emplear alternativas de solución a problemas de presiones mínimas y

máximas.

Conocer sobre algunas herramientas computacionales aplicadas a la hidráulica

de flujo libre y a presión.

1.3 Enfoques

- Hidráulica empírica que se basa en la experiencia de construcción de obras

hidráulicas desde la antigüedad.

- Hidráulica teórica o general en la que se estudian las leyes de la hidrostática y la

hidrodinámica.

- Hidráulica aplicada en la que la experiencia y las bases teóricas se usan para lograr el

aprovechamiento del agua en proyectos de desarrollo como: sistemas de abastecimiento

del agua potable, centrales hidroeléctricas, adecuación de tierras con irrigación y

drenaje, puertos, control de inundaciones, recreación, industria, etc.

- Hidráulica experimental que busca desarrollar modelos físicos en laboratorios para

tratar de simular la realidad y dar alternativas de manejo para los prototipos o casos

reales.

- Hidráulica computacional busca desarrollar modelos matemáticos para resolver las

ecuaciones básicas que representan las leyes fundamentales del movimiento de los

fluidos y contribuir así a la solución de problemas reales.

Leonardo da Vinci hace mas de 500 años se refería a que en la hidráulica la experiencia

va antes que la razón y este pensamiento sigue vigente hasta nuestros días en que vemos

que el tratamiento empírico o experimental ha prevalecido sobre el razonamiento

teórico a pesar de la cantidad de modelos matemáticos que tratan de simular la realidad

sin lograr representarla en su totalidad.

1.4 Sectores de aplicación de la Hidráulica

Abastecimiento de agua para consumo (acueductos)

Generación de energía hidráulica (centrales hidroeléctricas)

Irrigación de campos agrícolas

Drenaje vial, urbano y rural

Control de inundaciones

Hidráulica fluvial

Hidráulica marítima y de costas

Navegación

Máquinas hidráulicas (turbinas, bombas, arietes)

Hidroinformática

Modelación hidráulica e hidrológicaM. E. Guevara A. INTRODUCCIÓN 3

Hidrología de aguas superficiales y subterráneas

Impacto ambiental de obras hidráulicas

Industria

Recreación

Calidad de agua

Tratamiento de agua potable y residual

2. Tipos de Flujo

El curso de hidráulica a nivel de pregrado contempla el trabajo con flujo permanente,

uniforme y variado en condiciones de régimen de flujo turbulento. A continuación se

presenta un repaso sobre estos conceptos vistos en el curso de Mecánica de Fluidos.

2.1 Flujo libre

El movimiento del fluido se realiza por conductos abiertos o cerrados parcialmente

llenos, de forma que existe una superficie libre que está en contacto con la atmósfera. El

movimiento se realiza gracias a la fuerza de la gravedad.

Piezómetro

Superficie del agua

y y=p/

Solera del canal

Canal

Nivel de Referencia

Figura 2.1. Flujo libre.

El flujo libre tiene lugar en la naturaleza en ríos y arroyos y en forma artificial en

canales de conducción de fluidos, acueductos, alcantarillados, drenajes, etc.

2.2 Flujo a presión

El movimiento del agua se realiza por conductos cerrados sobre los que el fluido ejerce

una presión distinta a la atmosférica. El movimiento se

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