Monografía de Hidraulica

“AÑO DEL BUEN SERVICIO AL CIUDADANO”

FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL MONOGRAFÍA “TÍTULO”

Ingeniería Hidráulica

AUTORES

DOCENTE

FECHA 25 de octubre del 2017

DEDICATORIA

A Dios por habernos dado la vida, amor y la fortaleza necesaria para salir adelante. A nuestros padres que nos brindan su esfuerzo y apoyo en cada momento para así poder superarnos y hacer que se sientan cada c ada vez más orgullosos de nosotros. A nuestros docentes que día a día nos brindan el acondicionamiento acondicio namiento adecuado para aplicarlo en nuestra vida profesional y de esa manera m anera satisfacer las necesidades de nuestra sociedad.

Los Autores

AGRADECIMIENTO

Al Dr. César Acuña Peralta rector de nuestra universidad César Vallejo por brindarnos los ambientes necesarios para así poder desarrollar diversos tipos de investigaciones. A nuestra docente, Ing. Zadith Nancy Garrido Campaña; por el buen asesoramiento y orientación para la realización de este trabajo de investigación.

Los Autores

ÍNDICE I. INTRODUCCIÓN………………………………………..…………….….…………….………………………………5

CAPÍTULO I: HIDRÁULICA...….…………………………………………………………………………………. 7 1.1 HISTORIA…………………………………………………….…………………………….……..…………..7 1.2. CONCEPTOS……………....……………………………………….……………………………………….7 1.2.1. CONCEPTOS PREVIOS……………………………………………………………………………8 1.3. DIFERENCIAS…………………………………………………………………………………………..……9 1.3.1. HIDRÁULICA…………………………………………………………………………………….……9 1.3.2. HIDROLOGÍA………………………………………………………………………………….……..9 1.4. TIPOS………………………………………………………………………………………………………....10 1.4.1. HIDRÁULICA URBANA………………………………………………………………….………10 1.4.2. HIDRÁULICA FLUVIAL PARA RÍOS Y CUENCAS……………………….……….…....10 1.4.3. HIDRÁULICA MARÍTIMA………………………………………………………………………11 CAPÍTULO II: PROPIEDADES DE LOS FLUÍDOS............................................................13 2.1. ISOTROPÍA…………….………………………………..……………………………..…………………..13 2.2. MOVILIDAD………….………………………………..…………………………………………………..13 2.3. VISCOSIDAD……………………………………………………………………………………………....13 2.4. COMPRENSIBILIDAD…………………………………………………………………………………..13 2.5. FLUJO LAMINAR………………………………………………………………………………………...14 2.6. FLUJO TURBULENTO………………………………………………………………………………..…14 2.7. PERMEABILIDAD…………………………………………………………………………………………14

CAPÍTULO III: OBRAS DE INGENIERÍA HIDRÁULICA EN EL PERÚ…………………………..... .16 3.1. HIDROELÉCTRICA CAÑÓN DEL PATO………………………………………….….…………… 16 3.2. CHAVIMOCHIC……………………………………………………………………………….……….....16 3.3. REPRESA HIDROELÉCTRICA INAMBARI………………………………………………..………16 III. CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………………....17 IV. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………………………………..…….……….18 ANEXOS………………………………………………………………………………………………………………….………………19

INTRODUCCIÓN

El presente estudio titulado “INGENIERÍA HIDRÁULICA” tiene como objetivo principal la capacitación científica-técnica para el desarrollo de un ingeniero hidráulico como es tener conocimiento de funciones de asesoría, análisis, diseño, calculo, proyecto, construcción, mantenimiento y conservación de recursos hidráulicos sin dejar de lado su infraestructura y el estudio de planificación territorial y aspectos medioambientales relacionados a ella para tener la capacidad de diseñar captaciones de aguas superficiales o subterráneas que es muy importante para lograr el desarrollo en el país debido a que mediante el análisis de las leyes que rigen el movimiento de los líquidos se mejora el aprovechamiento de las aguas. Dicha información que sirve de texto básico para preparar debidamente en esta área a los futuros ingenieros especializados campo de la ingeniería hidráulica está compuesto por 3 capítulos. El primer capítulo nos habla acerca de la historia, conceptos, diferencias y los más importantes de ingeniería hidráulica. En el segundo, las propiedades de los líquidos. Por ultimo en el tercer capítulo hablamos acerca de las diferentes obras de ingeniería hidráulica que hay en el Perú. Esta información fue gracias la recopilación de libros e internet.

En cuanto a los antecedentes esta se engloba dentro de la vertiente académica, porque es una de las ramas muy importantes y más detalladas que se encuentra dentro de la Ingeniería, nos permitirá el conocimiento preciso y fundamental de la mecánica de flui dos y la hidrostática que son aplicables en la ingeniería hidráulica, y la explicación de estas las teorías hidráulicas están simplificadas de tal manera que es fácil su entendimiento. Con eso se quiere demostrar que la ingeniería hidráulica es muy importante no solo en el manejo del agua sino también en el impulso del desarrollo.

INGENIERÍA HIDRÁULICA 1.1 HISTORIA Desde la creación, el hombre se ha estado empeñado en multiplicar su fuerza física. Inicialmente se asoció con otros para aplicar cada uno su fuerza individual a un solo objeto. Posteriormente un ilustre desconocido inventó la rueda y otros la palanca y la cuña. Con estos medios mecánicos se facilitaron enormemente las labores. La ingeniería Hidráulica es tan antigua como la civilización misma. Esto es evidente si se piensa en la lucha del hombre por la supervivencia, que lo obligó a aprender a utilizar y controlar el agua y paulatinamente fueron utilizando el riego en sus formas primitivas. Del año 4000 al 2000 A. C. los egipcios y los fenicios ya realizaban construcciones de sus barcos y puertos. Mientras tanto, China, India, Pakistán, Egipto y Mesopotamia iniciaron el desarrollo de los sistemas de riego. Después de los 500 A. C. en la Grecia antigua se construyeron acueductos. En esa misma época se realiza unos novedosos sistemas, básicamente se conoce la invención del molino de viento utilizado para extraer aguas subterráneas. Ya en el siglo XVI se desarrollaron los principios de la hidráulica con científicos como Keppler y Torricelli; para luego -alrededor del año 1800- Newton, Bernoulli y Euler perfeccionen dichas teorías. En 1985, después de 135 años de la formulación de la ley de Pascal, JOSEPH BRAMAH, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. En los años posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de energía hidráulica en diversos puntos del país. Una de las obras más impresionantes realizadas por ingenieros hidráulicos tuvo lugar en China. La presa de las Tres Gargantas es la planta hidroeléctrica más grande del mundo y tardaron más de 19 años en construirla.

1.2 CONCEPTOS La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, sea para la construcción de

estructuras

en mares, ríos, lagos, 

o

entornos

similares,

ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, esclusas, rompeolas,  construcciones. (Imagen 1)

incluyendo, entre

por otras

1.2.1. CONCEPTOS PREVIOS Densidad y peso especifico: La densidad absoluta (p) de un cuerpo de defina como la relacion entre su masa (m) y el volumen (v) que ocupa, es decir, es la masa de la unidad de volumen: 

P= 

En el SI de la densidad se mide en Kg/m 3, en g/cm3 en el CGS y en UTM/m 3 en el ST. Por la regla general, la densisas varia para una misma sustancia liquida en funcion de la temperatura (a mas temperatura menor densidad) y de la presion (a mas presion mas densidad). Efectivamente, un aumento de temperatura implica un aumento de volumen por dilatacion, y un aumento de presion, una disminucion de volumen por comprension, mientras que en ambos casos la masa permanece constante. PRESION: ATMOSFERICA, RELATIVA Y ABSOLUTA La presion es una fuerza normal ejercida sobre un cuerpo un cuerpo unidad de superficie. Se mide en Pascales (SI), siendo 1Pa=1N/m2. La presion atmosferica sobre un punto se define como el peso de la columna de aire, de base unidad, que gravita sobre dicho punto. Se mide con el barómetro, por lo que la presion atmosférica tambien se denomina presión barométrica. Presión que ejerce un líquido =

  

=

ᵧ. 

=

 ᵧ.. 

= ᵧ.ℎ , Presión = ᵧ.h Evidentemente, una

misma presión P estará representada por distintas alturas según el liquido considerado, tanto mayores cuando menor sea ᵧ. El valor de la presión atmosferica en condiciones normales y a nivel del mar es equivalente a una columna de mercurio de 760mm, y se denomina atmósfera física. La presión relativa es la presíon que existe sobre la presión atmosféica normal, es decir, tomando como origen de presiones la presión barométrica. Se mide con el manómetro, por lo que la presión relativa también se conoce como presión manométrica. La presión absoluta que existe en un punto es la suma de las dos anteriores, es decir, es el valor de presion medido sobre el vacío o cero absoluto: Presión absoluta = Presión barométrica + Presión manométrica .

1.3. DIFERENCIAS 1.3.1. HIDRÁULICA La hidráulica se puede definir como una aplicación de los principios de la mecánica de fluidos para la solución de trabajos de ingeniería que están relacionados con el movimiento del agua y el transporte de substancias en suspensión. Estos procesos incluyen la reco gida, utilización y redistribución del agua superficial, subterránea y marítima tanto en el tiempo como en el espacio y la determinación de las fuerzas que el agua ejerce. Tradicionalmente, los hidráulicos se basaron en simplificaciones de la mecánica de fluidos a través de representaciones unidimensionales apoyadas en el uso de coeficientes empíricos y en la experiencia acumulada. Las posibilidades que ofrece el ordenador han ampliado las perspectivas de los ingenieros hidráulicos modernos. El enfoque tradicional, basado en estudios de modelos hidráulicos y fórmulas semiempíricas que representaban aproximaciones unidimensionales, se ha ido modificando para incluir los métodos numéricos basados en la solución directa de las ecuaciones en derivadas parciales de la mecánica

de

fluidos.

Estas aplicaciones cubren un amplio espectro de los sistemas de agua naturales y artificiales, así como técnicas para resolver los problemas de calidad del agua con la introducción de procesos morfológicos, químicos y biológicos. (Imagen 2)

1.3.2. HIDROLOGÍA La hidrología en su amplio sentido ha surgido durante las últimas décadas como una ci encia natural y fundamental, cuyas aplicaciones parten de las geo ciencias hasta alcanzar muchos otros campos de la ingeniería. La hidrología trata del agua en el ciclo hidrológico de la tierra, y ello incluye sus interacciones con la atmósfera, océanos y glaciares. Su tema central es el agua y el entorno terrestre, pero también abarca los procesos de evaporación, condensación, precipitación, congelación y deshielo. Además, el ciclo hidrológico determina el transporte y deposición de las substancias en suspensión, y los efectos relacionados con el agua sobre la vida vegetal. (Imagen 3)

1.4. TIPOS 1.4.1.

HIDRÁULICA URBANA

La hidráulica urbana abarca los sistemas asociados con el suministro de agua potable y agua industrial, el desagüe de las aguas negras y el control del drenaje urbano como respuesta a las aguas pluviales. Tanto la cantidad como la calidad son importantes. Los conocimientos que se requieren incluyen aspectos. Hidráulicos acerca de las redes de suministro del agua, el conocimiento de las fuentes de suministro superficiales y subterráneas, la hidrología urbana, el análisis de sequías, la previsión y alivio de las inundaciones, protección contra éstas por medio de estructuras, el control en tiempo real de los sistemas de drenaje, el movimiento de sedimentos en las alcantarillas, la reglamentación del drenaje urbano, los elementos hidráulicos en plantas de tratamiento tanto para agua potable como para aguas negras, y medios para el control o alivio de la contaminación del agua industrial. La operación y el mantenimiento de estos sistemas requieren técnicas de control de los recursos hidráulicos. (Imagen 4)

1.4.2.

HIDRÁULICA FLUVIAL PARA RÍOS Y CUENCAS

La hidráulica fluvial consiste en la medida, análisis y control de los procesos fluviales. Los procesos físicos en los ríos están determinados por la interacc ión del agua y los sedimentos. La ingeniería hidráulica trata de estimar y controlar el agua en desagües y las capas de sedimentos en las desembocaduras; la morfología de los ríos bajo condiciones naturales y modificadas; la interacción entre el caudal, los sedimentos y las estructuras (incluyendo presas, puentes y estructuras de protección de taludes). La morfología de un río varía progresivamente a lo largo de su curso, desde las primeras ramificaciones en las altas regiones hasta alcanzar los estuarios, donde el río se encuentra con el mar. En el tramo central, el tamaño de los sedimentos en un río es prácticamente uniforme. La relación entre el caudal de agua y los sedimentos ha sido estudiada en profundidad; por ello, tanto los nacimientos, con suelo de arena gruesa, como las desembocaduras con sedimentos cohesivos y agua salina requieren una mayor investigación. (Imagen 5)

1.4.3. HIDRÁULICA MARÍTIMA La hidráulica marítima cubre todos los aspectos de temas marítimos, costeros y portuarios. Ello incluye la morfología costera, las olas, las corrientes, las mareas, la sedimentación y la contaminación. Trabajando con estos temas los ingenieros hidráulicos tratan con la generación de las olas, el oleaje, las direcciones de los mares, el romper de las olas y las corrientes portuarias; los esfuerzos inducidos por el agua sobre las estructuras; el transporte de materia en el lecho marino. La planificación, diseño, operación y mantenimiento de los puertos, las estructuras costeras, las tuberías de petróleo, y las estructuras costeras de protección. Todos estos trabajos deben ser desarrollados desde la perspectiva de un compromiso de la ingeniería con el medio ambiente. (Imagen 6)

CAPÍTULO II

PROPIEDADES DE LOS FLUÍDOS

Los líquidos son sistemas deformables constituidos por un número infinito de puntos de materiales aisldos ,infinitesimales. Se trata de sistemas continuos dond e no existen “espacios vacios dentro Dentro de la masa”. A continuación analizemos las propiedades. 2.1. ISOTROPÍA: Se conocen como isótropos alas sustancias cuyas propiedades son idénticas en cualquier dirección. (Imagen 7) 2.2. MOVILIDAD: Carecen de forma propia. Aptitud para adoptar cualquier forma, la del recipiente que los contiene. (Imagen 8) 2.3. VISCOSIDAD: Propiedad por la que el líquido ofrece resistencia a los esfuerzos tangenciales que tiene a deformarlos.

2.4. COMPRESIBILIDAD:  Propiedad por la cual los líquidos disminuyen su volumen al estar sometidos a incrementos de presión positivos. En los liquidos esta disminución es muy pequeña, esdecir son poco compresibles. Los líquidos que tienen las propiedades de isotropía, movilidad, compresibilidad y no viscosidad se llaman líquidos perfectos. Un líquido (fluído) perfecto no existe en la Naturaleza. En los líquidos existe, en realidad, una atración molécula, especie de cohesión, que es la viscosidad, y que expresa la resistencia del líquido a dejarse cortar o separar. Sin enbargo, un líquido real en reposo se comporta como perfecto, ya que sólo se manifiesta la viscosidad cuando está sometido a esfuerzos que los deforman. 2.5. FLUJO LAMINAR: Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. (Imagen 9) 2.6. FLUJO TURBULENTO: se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos. (Imagen10)

2.7. PERMEABILIDAD:  Es la capacidad que tiene un material de permitirle a un flujo que lo atraviese sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable de fluido en un tiempo dado, e impermeable si la cantidad de fluido es despreciable. (Imagen 11) Los factores que influyen son la relación de vacíos que implica que la diferencia efectiva de vacíos determina efectivamente el espacio que tiene el suelo para el flujo del agua otro es la temperatura sirve para poder comparar resultados entre pruebas; es necesario referirse a una temperatura patrón, normalmente a 20°C, esto debido a que el cambio del peso unitario del agua con la temperatura es mínima con respecto al cambio de viscosidad también tenemos la estructura y estratificación que nos dice que un suelo puede tener permeabilidades diferentes en estados inalterado, moldeado y suelto aun cuando la relación de vacíos sea la misma no olvidarnos también de la presencia de fisuras y/o huecos a causa de ciclos alternados de humedecimiento y secado , ecosistemas ,etc., pueden cambiar las características de permeabilidad de los suelos.

CAPÍTULO III

OBRAS DE INGENIERÍA HIDRÁULICA EN EL PERÚ 3.1. Hidroeléctrica Cañón del Pato El Cañón del Pato, se encuentra en Perú y está formado por el río Santa al separar la Cordillera Blanca de la Cordillera Negra. Se eleva a una altura media de 1.800 m sobre el nivel del mar. Su tramo conspicuo tiene unos 3 km, en los que la garganta del cañón mide escasamente 12 m y sus paredes suben verticalmente más de 60 m, para continuar ascendiendo hasta los cinco mil. A lo largo del cañón corre la carretera que une las ciudades de Chimbote y Caraz, En su trayecto se han practicado 46 túneles. (Imagen 12) 3.2. Chavimochic 

UBICACIÓN: El proyecto especial Chavimochic es un sistema de irrigación que se extiende en gran parte de la costa del Departamento de la Libertad, en la costa norte del Perú. Fue iniciado en la década de 1960 por el instituto Nacional de Desarrollo (INADE), dependencia del gobierno central peruano. En el 2003 se efectuó la transferencia de su administración misma al Gobierno Regional de la libertad. Se extiende en la parte baja de las cuencas de los ríos Santa, en el cual se ubica la bocatoma principal, Chao, Virú, Moche y Chicama.

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OBJETIVOS Garantizar el agua de riego en los perímetros de riego de las partes bajar de las cuencas mencionadas.

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BENEFICIARIOS El área total irrigada beneficiada por el sistema es de 144 385 ha, de las cuales se han ganado al desierto 66 075 ha, en las zonas entre los valles. Además garantiza el suministro de agua a 78 310 ha de tierras de los valles que ya eran cultivados, pero que no tenían el agua garantizada todos los años.

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DESCRIPCIÓN

El proyecto especial de las nuevas tierras de regadío de “Chavimochic”. Se puso en marcha con las esperanzas de un proyecto para generar trabajo, y divisas por la explotación de la producción a mercados exteriores. Este proyecto, hoy en día es una

floreciente realidad que ha situado al Perú como el mayor exportador mundial de algunos determinados productos hortícolas. Fue posibles gracias en parte a la iniciativa privada de diversas empresas que enfocaron el cultivo y la producción de diversos productos hortícolas según las necesidades de diversos mercados consumidores, preferentemente de Europa y América del Norte. Se cultivan diversos productos hortícolas siempre con estudios de mercado y con vista a la exportación que entrega a mercados exteriores de productos tales como espárragos o alcachofas que se exportan principalmente por el aeropuerto Carlos Martínez de Pillinos de Trujillo. (Imagen 13) 3.3. Represa Hidroeléctrica Inambari La Central Hidroeléctrica del Inambari será la más grande del Perú y la quinta en América Latina, implicando una inversión de $ 4.847 millones de dólares El impacto social y medio ambiental sólo de la central de Inambari será considerable la evacuación de entre 4.000 y 8.000 personas a causa de la inundación de 378 km2, por lo cual 65 centros poblados de los departamentos de Puno, Cuzco y Madre de Dios deberán ser reubicados y compensados; la deforestación de unas 308.000 hectáreas. O sea se creará un lago de 378 km2. (Imagen 14)

CONCLUSIONES Al cabo del término de esta investigación concluimos:

1. La ingeniería hidráulica permite el desarrollo de tecnología usando las leyes de movimiento de agua. 2. Antes de realizar un proyecto hidráulico se debe de realizar un estudio adecuado del suelo debido a que cada tipo de obra requiere necesariamente un tipo de suelo diferente. 3. Para el desarrollo de la ingeniería hidráulica es imprescindible tener conocimientos avanzados sobre la mecánica de fluidos ya que en la hidráulica es necesario identificar, aprovechar, estudiar y aplicar las propiedades de fluidos. 4. El ingeniero hidráulico se ocupa de obras que tienen contacto con un fluido con la finalidad ya sea de obtención de energía hidráulica o construcción de estructuras sobre el agua. 5. Los ingenieros hidráulicos buscan satisfacer las necesidades del entorno basándose en el cuidado del medio ambiente y promoviendo el desarrollo.

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11. RABINOVICH, John. Hidráulica. Rusia: Editorial Mir, 1987. 247 p. 12.REYES, Miguel. Máquinas ISBN: 978-968-18-0069-7

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ANEXOS Represa

Imagen N°01

Hidráulica

Imagen N°02

Hidrología

Imagen N°03

Hidráulica Urbana

Imagen N°04

 

Cuencas

Imagen N°05

Saneamiento Marítimo

Imagen N°06

Isotropía

Imagen N°07

Imagen N°08

Flujo laminar

Imagen N°09

Flujo turbulento

Imagen N°10

Permeabilidad

Imagen N°11

Cañón del Pato

Imagen N°12

Chavimochic

Imagen N°13

Imagen N°14