Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la
Educacin
UNIVERSIDAD NACIONAL DE PIURAFACULTAD DE INGENIERIA CIVIL
TRABAJO ENCARGADO
Curso:Hidrulica de Conductos
Tema:La Hidrulica y su Evolucin
Alumno:Jenner Davis Ugaz Roa
Ciclo:VII
Docente:Ing. Walter Ramrez Chacn
Fecha:30/04/2015
Piura Per2015
INTRODUCCION
Si hay algo que todos los seres de este planeta buscan desde
siempre y lo han hecho a lo largo de su historia, es el agua
indispensable para la vida, pese a que solo est compuesta por dos
tomos de hidrogeno y uno de oxigeno, da origen a todo y a todos. Es
inodora, incolora, inspida, se solidifica con el frio convirtindose
en hielo y se evapora ante el calor. Esencial para la supervivencia
es el elemento comn de todos los seres vivos. Es difcil imaginar un
mundo sin agua.
Desde que cae al suelo nos hemos preocupado por almacenarla y
conducirla a nuestro antojo. Hemos creado maravillas que permiten
transportarlas a cualquier destino, se han construido grandes
infraestructuras de abastecimiento, que hoy en da nos dan la
oportunidad de disponer del agua para todas nuestras necesidades,
la utilizamos cmo y cuando queremos, nos limpia, nos alimenta y nos
hace crecer. Sabemos que es sinnimo de vida, salud y belleza. De
pureza y que es un recurso natural que debemos cuidar.
En la actualidad las sociedades desarrolladas tienen el agua a
su disposicin, aunque no siempre fue as.
Se conoce muy poco de los sistemas hidrulicos de la antigedad,
el paso del tiempo ha ido destruyendo cualquier vestigio creado en
aquella poca, sin embargo sabemos que todas las sociedades de esa
poca antiguas evolucionaron a la orilla de los ros ms importantes
de la tierra.
La sociedad roma revoluciono al mundo con sus grandes obras
hidrulicas. Los acueductos se convirtieron en un smbolo de suma
importancia, alcanzaron un gran nivel de precisin en la captura de
agua en arroyos y manantiales, hasta su distribucin generalmente.
Los romanos basaron el bienestar y el buen vivir especialmente en
la disponibilidad del agua en sus ciudades, gracias a ellos se
abastecan de agua continuamente los espacios pblicos como las
famosas termas romanas, las fuentes y el sistema de
alcantarillado
LA HIDRULICA Y SU EVOLUCIN
La Hidrulica nace de la necesidad del hombre por aprovechar las
fuerzas de los elementos naturales que tiene en su entorno.
MESOPOTAMIA.
Desde los ms remotos tiempos se conocen obra hidrulicas de
cierta importancia se tiene noticias de que en la antigua
Mesopotmica existan canales de riego, construido en la planicie
situada entre los Ros Tigres y Eufrates. En Nipur (Babilonia),
existan colectores de aguas negras desde 37510 AC.
EGIPTO.
Importante obras de riego fueron tambin construidas en Egipto,
25 siglos AC, bajo la orientacin de Uni. Durante la XII dinasta se
haban realizado significativas obras hidrulicas, inclusive el Lago
artificial de Meris, destinado a la regularizacin de las aguas del
bajo Nilo.
ASIRIA.
El primer sistema pblico de abastecimientos de gauss de que se
tienen noticias es el acueducto de Jerwan construido en Asira en el
ao 691 AC.El acueducto de Jerwan, en la antigua Asiria (hoy una
parte de Irak), construido entre el ao 703 y 688 BC. Se considera
uno de los ms antiguos jams levantado. Hoy solo quedan escasos
restos en ruinas
GRECIA.
En el tratado sobre cuerpo flotante, fueron enunciados por
Arqumedes algunos principios de Hidrosttica (250 AC). La bomba de
Pitn fue concebida por fsico griego Ctesibius e inventada por su
discpulo Eros, 200 aos antes de la era cristiana.
ROMA.
Grandes acueductos fueron construidos en varias partes del mundo
de entonces, por los romanos, a partir de 312 AC. En el ao 70 AC.
Sextus, Julios, Frontinas, fue nombrado superintendente de aguas de
aguas de Roma.
Las primeras aplicaciones que tuvo la Hidrulica en la sociedad
fueron la Rueda Noria y el molino de viento; que son
artefactosimpulsadospor palancas con ayuda de fuerzas como las del
viento y el agua. Estos mecanismos facilitaron el modo de vida de
lapoca y adems familiarizaron al hombre con las posibilidades de
los fluidos para generar y transmitirenerga de una forma
emprica
La primera bomba construida por el hombre fue la jeringa y se
debe a los antiguos egipcios, quienes la utilizaron para embalsamar
las momias. En el siglo II A.C., la convirti en una bomba de doble
efecto.
En el siglo XVI la atencin de los filsofos se volc hacia los
problemas encontrados en los proyectos de fuentes de agua
monumentales, muy en boga en la Italia de aquella poca. As como
Leonardo Da Vinci percibi la importancia de observaciones en ese
sentido, un nuevo tratado publicado en 1586 por Stevin y las
contribuciones de Galileo, Torricelli y Bernoulli constituyeron la
base para la nueva rama cientfica.
LEONARDO DA VINCI.
En la segunda mitad del sigloXV, LEONARDO DA VINCIen su escrito
sobre flujo de agua y estructuras para ros, estableci sus
experiencias y observaciones en la construccin de instalaciones
hidrulicas ejecutadas principalmente en Miln y Florencia .Este tipo
de experiencias u observaciones eran los acueductos utilizados por
ellos.
GALILEO GALILEI.
Posteriormenteen1612Galileocrea un sistema para medir el
movimiento del agua en el cual un lquido sube atravsde un
agujero.
TORRICELLI.
Ya en1643 Torricelli, alumno de Galileo enuncia la ley del flujo
libredelquidosa travs de orificios. Adems creo el Barmetro el cual
tiene como objetivo la medicin de la presin atmosfrica.
BLAISE PASCAL.
Blaise Pascal aunque vivi nicamente hasta la edad de 39 aos, fue
uno de los grandes cientficos y matemticos del siglo XVII. Fue
responsable de muchos descubrimientos importantes, pero en relacin
con la mecnica de fluidos son notables los siguientes:
La formulacin en 1650 de la ley de la distribucin de la presin
en un lquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley
de Pascal. en donde dice que al encajar un liquido en un tubo con
una fuerza est de podra duplicar hasta 10 veces mssegnsu
medidacilndrica. Igualmente descubre lacomprobacinde que la
potencia delvacise debe al peso de laatmsferay no a un "error
natural" como secreaanteriormente. La comprobacin de que la
potencia del vaco se debe al peso de la atmsfera y no a un "horror
natural" como se crey por ms de 2000 aos antes de su poca.
ISAAC NEWTON.
Issac Newton, adems de muchas contribuciones a la ciencia y a
las matemticas, se le debe en Mecnica de Fluidos. Por su parte da
unaintroduccindeviscosidaden los fluidos como el aceite y el agua;
y los fundamentos de lateora de Hidrodinmica, Newton dice que los
lquidos contenidos en recipientes grandesestninfluenciados por la
fuerza de la naturaleza. Elprimer enunciado de la ley de friccin en
un fluido en movimiento. La introduccin del concepto de viscosidad
en un fluido. Los fundamentos de la teora de la similaridad
hidrodinmica.
Hasta la mitad del siglodieciocho no exista aun una
cienciaintegradasobre el comportamiento de losfluidos.Los
fundamentostericos de la Mecnica de Fluidos como una ciencia se
deben a DanielBernoulliy aLeonard Euleren el siglo dieciocho.
DANIEL BERNOULLI.
Daniel Bernoulli 1700-1782, perteneci a una famosa familia suiza
en la cual hubo once sabios celebres, la mayora de ellos matemticos
o mecnicos. Gran parte de su trabajo se realizo en San Petersburgo,
como miembro de la academia rusa de ciencias. En 1738en su
"Hidrodinmica", formula la leyfundamental delmovimientode los
Fluidos que da relacin entre presin, velocidad y cabeza del
fluido;propuso que la presinatmosfricase notaba ms cuando en un
recipiente hay un agujero y el agua sale con menospresiny ms fuerza
y que la presines mayor cuando la altura de el recipiente es
mayor.
LEONHARD EULER.
Leonhard Euler. 1707-1783, tambin suizo, desarrollo las
ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados
fluidos ideales (no viscosos). Esto marco El principio de los
mtodos tericos de anlisis en la Mecnica de Fluidos. A Euler se le
debe tambin la ecuacingeneral del trabajo para todas las maquinas
hidrulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas,
ventiladores, etc.), adems de los fundamentos de la teora de la
flotacin.
se deben las primeras ecuaciones generales para el movimiento de
los fluidos en sus tiempos los conocimientos que hoy constituyen la
mecnica de fluidos, se presentaban separados en dos campos
distintos. La Hidrodinmica terica que estudiaba los fluidos
perfectos y la hidrulica emprica donde cada problema era
investigado separadamente. Desafortunadamente, sus estudios fueron
encauzados separadamente en estos dos sentidos. desarrollo
ecuaciones diferenciales generales del flujo para los fluidos no
viscosos. Esto marco elanlisis de laMecnica de Fluidos.Asimismo cre
la ecuacin general para todas las maquinas hidrulicasrota dinmicas,
y los fundamentos de lateorade laflotacin.La asociacin de estas dos
ramas iniciales, constituyendo la mecnica de los fluidos sede
principalmente a la Aerodinmica.
JOSEPH BRAHAM.
Joseph Braham,construyo en Inglaterra la primeraprensa
hidrulica.Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como
fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una
bomba manual y no superaba los 10 bares de presin. Sin embargo, la
fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para
el mundo tcnico e industrial de entonces.
Inmediatamentesiguieronsin nmero de aplicaciones y como
eradeesperarse, se abri un mercado para el mismo sin precedentes y
que superaba las disponibilidades tanto tcnicas como financieras de
su tiempo.
El segundo periodo, que comprende los ltimos aos del siglo XVIII
y la mayora del XIX, se caracteriz por la acumulacin de datos
experimentales y porla determinacin de factores de correccin para
la ecuacin de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal,
o sea que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como
la viscosidad.Cabe destacar los nombres de experimentalistas
notables como ANTOINE CHEZY, HENRI DARCY, JEAN POISEUILLE en
Francia; JULIUS WEISBACH Y G. HAGEN en Alemania. De importancia
especial fueron los experimentos de Weisbach y las frmulas empricas
resultantes que fueron utilizadas hasta hace poco tiempo.
Entre los tericos de la Mecnica de Fluidos de este perodo, estn
LAGRANGE, HELMHOLTZ Y SAINT VENANT.
En los aos posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra
instalaron centrales de suministros de energa hidrulica, la cual
era distribuida a grandes distancias por tuberas hasta las fbricas
donde accionaban molinos, prensas, laminadores y gras.
Todavafuncionan en algunas ciudades europeas las redes de
distribucin de energa hidrulica. En Londres, por ejemplo, esta aun
en servicio la empresa " The London Hydraulic Power Co.", con
capacidad instalada de 700 HP y 180 millas de tubera de
distribucin. En la misma ciudad, el famoso Puente de la Torre, es
accionado hidrulicamente, as como el ascensor principal en el
edificio de la institucin de los Ingenieros Mecnicos.
En el periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del
XX, se tom en cuenta la viscosidad y la teora de la similaridad. Se
avanz con mayor rapidez por la expansin tecnolgica y las fuerzas
productivas. A este perodo estn asociados los nombres de GEORGE
STOKES y de OSBORNE REYNOLDS, 1819-1903 y 1942-1912,
respectivamente.
En la Hidrulica contempornea se deben mencionar a: LUIDWIG
PRANDTL, THEODOR VON KARMAN Y JOHAN NIKURADSE. Los dos primeros por
sus trabajos en Aerodinmica y Mecnica de Fluidos que sirvieron para
dilucidar la teoradel flujo turbulento; el ltimo sobre flujo en
tuberas.
Conviene mencionar, que la Hidrulica siempre constituyo un campo
frtil para las investigaciones y anlisis matemticos llegando a dar
lugar a estudios tericos que frecuentemente se alejaban de los
resultados experimentales. Varias ecuaciones as deducidas tuvieron
que ser corregidas por coeficiente practico, lo que contribuyo para
que la hidrulica sea tambin denominada: ciencia de los
coeficientes. Las investigaciones experimntales hicieron famosos a
vados fsicos de la escuela Italiana, pudiendo citar entre ellos a
ventura, Bidone y otros
Apenas en el siglo XIX, con el desarrollo de la produccin de
tubos de fierro fundido, capaces de resistir a presiones internas
relativamente elevadas, con el crecimiento de las ciudades y la
importancia cada vez mayor de los servicios de abastecimiento de
aguas, adems, consecuencia del empleo de nuevas mquinas hidrulicas.
La Hidrulica tuvo un progreso rpido y acentuado.
Las investigaciones de Reynolds, los trabajos de Rayligh y los
experimentos de Froude constituyeron a base cientfica para ese
progreso.
En 1906 la Marina de los EE.UU. bot El U.S. Virginia, primer
barco con sistemas hidrulicos para controlar su velocidad y para
orientar sus caones.
En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta
presin y se introdujeron los sellos de caucho sinttico. Diez aos
despus los servomecanismos electrohidrulicos ampliaron el campode
aplicacin de laoleohidrulica (rama de la hidrulica que utiliza
aceite mineral como fluido). Desde los aos sesenta el esfuerzo
investigativo de la industria y las entidades de formacin
profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la
fludica.
Las centrales hidroelctricas comenzaron a ser construidas hacia
el fin del siglo pasado.
A los laboratorios de hidrulica deben ser atribuidas las
investigaciones que posibilitaron las conquistas ms recientes.
Los equipos hidrulicos han avanzado con el tiempo y son de vital
importancia, cada da se aplican ms y ms debido a su comodidad, al
reducir los costos, el tiempo y la mano de obra estos se han
desarrollado con el pasar del tiempo mejorndolos y aplicndolos en
todos lados que ya son de tanta utilidad que los ignoramos. Estn en
los brazos mecnicos que son de uso cotidiano en las empresas para
el transporte de objetos. Aunque estos pueden variar
considerablemente los componentes de estos son similares en su
diseo, y estos equipos hidrulicos trabajan con el principio de la
gata hidrulica, en la cual el aceite del depsito es empujado a
travs de una
Vlvula de chequeo dentro de una bomba de pistones durante el
ciclo ascendente del pistn, estos se rigen con unos principios
hidrulicos bsicos:
Un lquido puede asumir cualquier forma y puede ser bidireccional
sin que esto afecte el movimiento libre del flujo.
La ley de pascal sostiene que cuando un fluido dentro de un
contenedor es sometido a presin, la presin se transmite igualmente
en todas direcciones y a todas las caras del contenedor. Este es el
principio que se usa para extender el ariete en un cilindro
hidrulico.
Al fabricar los contenedores o cilindros de diferentes tamaos,
aumenta la ventana mecnica en la fuerza de trabajo.
Si bien los dispositivos de los circuitos hidrulicos pueden
variar considerablemente en diferentes aplicaciones, mucho de los
componentes son similares en su diseo o funcin. El principio detrs
de la mayora de los sistemas hidrulicos es similar al de los gatos
hidrulicos.
Hay diferentes tipos de equipos hidrulicos como el de los
motores de carreras en el cual actan motores de engranajes, bombas
de engranajes; las cuales sirven para enviar el aceite hacia el
motor y tambin retornarlo.
LA HIDRULICA EN EL PERU.
Sistemas Hidrulicos Pre Incas eIncas
Es probable que nuestros antepasados hayan lidiado con una
naturaleza hostil que obedeca a un cambio climtico quizs menos
evidente que el que experimentamos ahora; con menos argumentos
cientficos y tcnicos, pero con una gran fortaleza que ahora no
tenemos: la visin mstica de los astros, la veneracin a los recursos
agua y tierra y, sobre todo, el respeto a la naturaleza que se
evidencia en la manera como gestionaban la cuenca.
Hablar de las prcticas de siembra de agua que realizaban
nuestros antepasados tiene que relacionarse con la visin de cuenca
que ellos tenan en la prctica.
Losprincipales sistemas hidrulicospuestos en prctica por
nuestros ingenieros pre-incas e incas, que revela el conocimiento y
talento cientfico, que conjuga la aplicacin de una serie de
ciencias.
1. Laspartes altas de las cuencas estaban completamente
forestadaso con presencia de cobertura vegetal, tal como se
evidencia en algunos lugares (Distrito de Huachos Casto virreyna en
Huancavelica) con la presencia de bosques completos de quinuales o
queua (Polylepis racemosa, P. incana), solo por mencionar una,
adems de una gama amplia de especies nativas adaptadas a nuestro
medio que ahora simplemente se han desaparecido.
2. A lo largo de los andes podemos apreciar una serie
derepresasque por su ubicacin denominamos alto andinas, de mediana
capacidad, cuya funcin era almacenar las aguas de las lluvias.
Podemos apreciar capacidades desde unos cientos de miles de metros
cbicos hasta cerca del milln de metros cbicos; nunca posicionadas
en los cauces de los ros, como ahora que vemos represas de gran
capacidad en el eje del ro (Gallito Ciego) que, por el proceso
propio de erosin de la cuenca, estn colmatndose y trabajan con una
capacidad de cerca del 50%.
3. Observatorios solares, los cuales sin ser una obra hidrulica
tenan una espectacular aplicacin en el control climtico para
beneficio de sus cultivos, registro de los principales eventos de
la comunidad, cambios de estacin, registro de nacimientos, entre
otros usos. Una muestra es Chankillo Casma, en Ancash, ubicada
estratgicamente en las zonas menos vulnerables y de mayor
visibilidad del valle.
4. La ubicacin de los principalesasentamientoshumanosestuvieron
siempreen las partes altas, lejos de la fuerza devastadora de los
ros o quebradas, que tantas vidas o prdidas econmicas generan
actualmente.
5. Segn Luis Masson Meiss, estudioso de lossistemas de andenera,
en el Per existe aproximadamente un milln de hectreas en andenes.
De ellos solo se explotan efectivamente un 25%. Llama la atencin
que no se cuente con un inventario actualizado y confiable de esta
portentosa obra de ingeniera legada por los incas. Constituyen un
patrimonio cultural sub utilizado en zonas donde prevalece la
pobreza extrema por contradiccin. Ejemplo de ello son los andenes
de Andamarca en Lucanas, Ayacucho.
6. Los sistemas de amunas,de mayor presencia en la serrana de
Lima, son una prctica ancestral de recarga de acufero, que ahora se
muestra como novedosa, pero que los pre incas limeos hicieron con
excelentes resultados; como hasta ahora lo practican los pobladores
de Tupicocha en Huarochiri, Lima.
Este es el mejor ejemplo de la llamada siembra del agua.
Consista en un ritual que implicaba: asambleas, limpieza de
acequias y, sobre todo, veneracin al agua. Antes del inicio de la
limpieza de las acequias amunadoras se realizaba el pago a la
tierra (apu) y al agua (yaku).
El sistema funcionaba con zanjas abiertas que siguen las curvas
de nivel de las punas, lo que permita conducir el agua de lluvia
hasta un lugar llamado cochas, abiertas para recibir el agua y que
luego se filtrara en la montaa para surgir, aguas abajo, como
puquios meses despus; exactamente cuando no hay lluvias y el
estiaje es ms marcado en la cuenca, de esa manera realizaron
agricultura y mantuvieron al pueblo provisto de alimentos.
7. Los puquios, ojos de agua, (ahui yaku) se favorecan por la
siembra del agua que realizaban nuestros antepasados en las partes
altas de las cuencas. En muchos lugares donde existen estos puquios
hay un descuido y deterioro de estas importantes fuentes de agua:
botaderos de basura, eliminacin de especies forestales que atraen
la presencia del agua, siembra de especies forneas (eucalipto) que,
segn los entendidos, funcionan como bombas consumidoras de
agua.
8. Son innumerables los vestigios de obras descomunales como
loscanales de riegoque, muchas veces, cruzan los andes llevando las
aguas de una cuenca hacia otra (trasvases), con mejores
posibilidades o potencial agronmico: suelo, clima, adaptacin de
especies, entre otros aspectos.
Un ejemplo vivo es el Sistema de Riego Huirucatac, en la parte
alta de la cuenca del ro Nepea, en Huaylas (Ancash), donde mediante
un sistema de lagunas interconectadas (Cooc Ranra, Capado Cocha,
Tocanca, entre otras), unidas por el canal Huirucatac de ms de 100
km, se llevan las aguas desde la cuenca del ro Nepea hacia la
cuenca del Ro Santa Lacramarca.
Este es emblemtico, por lo que representa unir los andes con la
costa mediante venas de ros que llevan vida a zonas desiertas. Este
sistema est an por redescubrirse y mostrar al mundo su portento y,
por tanto, poner de manifiesto, una vez ms, el ingenio de nuestros
antepasados hidrulicos.
9. Las riberas de los ros cubiertas con especies forestales, es
decir, una defensa riberea efectiva y prctica que ahora hemos
olvidado. Basta con escuchar los comentarios de los lugareos de
mayor edad de las comisiones de regantes, donde hemos realizado
trabajos, quienes cuentan que antes los ros estaban encaonados o
confinados, era prcticamente imposible pasar de una ribera a otra,
salvo por lugares especialmente identificados.
Ahora las riberas estn deforestadas y el flujo del agua del ro
corre libremente, causando en los meses de lluvias desbordes que
ocasionan la prdida de suelos, cultivos, vidas y el perjuicio
econmico que esto representa.
10. Los waru waruo camellones, son prcticas ancestrales de uso
comn en el altiplano, en reas inundables o inundadas, que consisten
en jalar tierra formando una plataforma o cama rodeada de agua,
donde se realiza la siembra. Esta agua alrededor del waru waru crea
un microclima que mitiga el efecto de las heladas, permitiendo el
desarrollo de los cultivos.
11. Los acueductosson trabajos de ingeniera hidrulica que
debemos revalorar y buscar que se consideren como una maravilla de
la ingeniera civil, al igual que el santuario de Tipn, en
Cusco.
Estos acueductos conducen las filtraciones de los ros, Aija,
Tierra Blancas y Nazca por tramos subterrneos (galeras socavn) y
por tramos descubiertos (galera zanjn).
Esta es una muestra del talento cientfico y genial de nuestros
antepasados, resultado de la aplicacin de una serie de ciencias:
ingeniera civil, hidrulica y agronoma. Esta sabidura hidrulica
corresponde no solo a nuestras fronteras sino a la humanidad misma,
por estas y muchas razones podemos decir:TENGO EL ORGULLO DE SER
PERUANO.