HIDRÁULICA Parte de la física que estudia el comportamiento mecánico del agua superficial o subterránea Carácter pluridisciplinar RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS Hidrología (aguas continentales) Hidrometeorología (lluvia) Hidrografía (descripción de los mares y corrientes de agua) Ingeniería ambiental
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HIDRÁULICA
Parte de la física que estudia el comportamiento mecánico del
agua superficial o subterránea
Carácter pluridisciplinar
RELACIÓN CON OTRAS CIENCIAS
Hidrología (aguas continentales)
Hidrometeorología (lluvia)
Hidrografía (descripción de los mares y corrientes de agua)
Ingeniería ambiental
HIDRÁULICA
Sistemas de unidades utilizados (Mecánica Clásica)
Propiedades del agua:
Densidad y peso específico
Coeficiente de compresibilidad
Viscosidad
Tensión de saturación del vapor de agua
Celeridad de las ondas elásticas
HIDRÁULICA
Densidad:
ρ = 1.000 kg masa/ m3 (Sistema Internacional)
Peso específico:
γ = 9.810 N / m3 10.000 N / m3 (Sistema Internacional)
Coeficiente de compresibilidad
= - (dV/V) / dp
Módulo de elasticidad volumétrico:
Ke = - dp / (dV/V)
Ke = 21,39 x 108 N / m2 para 20ºCPrácticamente invariable con la temperatura y con la presión
HIDRÁULICA
Viscosidad
= (dv/dy)
En fluidos newtonianos la viscosidad absoluta es independientegradiente de velocidad (velocidad de deformación angular (dv/dy)) ysolo depende de la temperatura y muy poco de la presión (AGUA)
Viscosidad cinemática
= / 1,57 x 10-6 m2/s para una temperatura de 4ºC y 1,01 x 10-6 para 20ºC
Tensión de saturación del vapor de agua
A 20ºC 0,238 m.c.a.
Celeridad de las ondas elásticas: Variable
HIDRÁULICA
Consideraciones a tener en cuenta en problemas hidráulicos(Formulación físico-matemática, coeficientes experimentales)
a) Comparación de condiciones generales y particulares
b) Aplicación del coeficiente empírico adecuado
c) Utilización de ábacos (condicionada por b)
COEFICIENTES EXPERIMENTALES
De fricción Darcy-Weisbach (f). (Se aplica a tuberías en presión)
De rugosidad de Manning (n). (Cauces abiertos, conductosparcialmente llenos)
HIDRÁULICA
COEFICIENTES EXPERIMENTALES
De Manning-Strickler (M). (Tiene en cuenta la rugosidad de lasparedes de la conducción)
De rugosidad de Bazin (ã). (Mismos casos que Manning).
De rugosidad de Chezzy (C). (Mismos casos que los anteriores).
Coeficiente de contracción (c). (Estrechamiento en la sección de
paso del agua).
Coeficiente de Weisbach (k). (Apertura o cierre de válvulas,compuertas).
HIDRÁULICA
COEFICIENTES EXPERIMENTALES
Coeficiente de pérdidas en bifurcaciones (k). (Tiene en cuenta elángulo con el que se produzca la bifurcación.
Coeficiente de Saint-Venant para pérdidas en codos y curvas(k). (Depende del ángulo que formen las dos alineaciones de latubería).
Coeficiente para cambio de sección. (Ensanches yestrechamientos de tuberías).
Coeficiente de pérdida de carga en el desagüe.
INGENIERÍA HIDRÁULICAAPLICACIONES
Aprovechamientos hidroeléctricos
Aprovechamientos industriales
Aprovechamientos sanitarios (*)
Aprovechamientos agrícolas
OBRAS HIDRÁULICAS
Captación y regulación (Presas, azudes, pozos)
Transporte
Uso (Centrales hidroeléctricas, Redes)
Obras de uso múltiple
INGENIERÍA HIDRÁULICAUSOS DEL AGUA
Utilización integral de una cuenca hidrográfica y una unidad hidrogeológica
USOS COMPATIBLES
USOS COMPLEMENTARIOS
USOS ALTERNATIVOS O INCOMPATIBLES
(La legislación prevé una preferencia según la repercusión social: primero
abastecimientos o poblaciones, segundo riegos, tercero energía y usosindustriales).
USOS DEL AGUA
Consuntivos
No Consuntivos
INGENIERÍA HIDRÁULICAUSOS DEL AGUA
USOS NO CONSUNTIVOS
HIDROELÉCTRICOS (Retorno 100 % sin alteración de la calidad)
NAVEGACIÓN (Retorno 100% posible alteración de la calidad)
RECREATIVOS
USOS CONSUNTIVOS
RIEGO (Retorna 0-50% con retraso y en puntos no definidos)
ABASTECIMIENTOS (Retorna 65-70% sin calidad)
RECREATIVOS
INGENIERÍA HIDRÁULICAEFECTOS DE LAS OBRAS HIDRÁULICAS
UNA OBRA HIDRÁULICA SIGNIFICA POR SÍ UNA ALTERACIÓN DELA NATURALEZA
PERTURBACIÓN EN EL PAISAJE
MODIFICACIÓN DE LAS CONDICIONES DEL HÁBITAT FLUVIALQUE OCASIONAN CAMBIOS EN LA FLORA Y FAUNACIRCUNDANTE
INGENIERÍA HIDRÁULICAETAPAS DEL DESARROLLO HIDRÁULICO
Desarrollo Inconexo o “De Oportunidad” Es el período durante el cual se considera que hay agua sobrada para las
necesidades. No se cuida su utilización. Según la bibliografía se considera que esta fase dura hasta utilizar el 50% de los recursos disponibles.
Desarrollo IntegralEl agua ya no es sobrada para las necesidades. Ello obliga a prever y ordenar
su uso óptimo. Las cuencas hidrográficas y las unidades hidrogeológicas se estudian como un conjunto y se proyectan las obras de forma que se
obtengan usos variados y con la mejor utilización total, sacando el máximo partido posible a las obras de regulación. Esta etapa suele durar
hasta la utilización de un 80% de los recursos naturales.
INGENIERÍA HIDRÁULICAETAPAS DEL DESARROLLO HIDRÁULICO
Superaprovechamiento
Se sobrepasa la utilización de alrededor del 80% de los recursos naturales. Preciso extremar aún más la ordenación del uso del agua y la
coordinación entre recursos y usos. Nos aproximamos al límite de posibilidades. Para ello se reforman las obras existentes y se recurre a los
trasvases de cuencas, a la desalinización del agua del mar, a la depuración de las aguas, a la recarga de acuíferos, a controlar la intrusión marina en los acuíferos. Por todos estos motivos esta etapa se llama también de
aprovechamiento integral.
HIDROSTÁTICA
Parte de la hidráulica que estudia el comportamiento del agua en
estado de reposo
PRESIÓNComponente normal de la fuerza que actúa sobre la superficie de
un determinado volumen de agua por unidad de área del mismo
p = F / S
p = x g x h
pabs = prelativa + pabsoluta
HIDROSTÁTICA
PRINCIPIO DE PASCAL
Si se ejerce una presión cualquiera en la superficie de un líquido en equilibrio, esta presión se
transmite íntegramente en todos los sentidos es
decir, a todas las moléculas del líquido
PRESIÓN SOBRE UNA PARED PLANA
La presión que los líquidos ejercen contra una pared plana, es siempre normal a ella, cualquiera que
sea su orientación
HIDROSTÁTICA
EMPUJE
Fuerza total que está soportando una superficie de contorno, forma y dimensiones determinados
PRESIÓN MEDIALa Presión Media se obtiene dividiendo la presión total o
empuje, por el área de la superficie estudiada
HIDROSTÁTICA
PAREDES PLANAS SOPORTANDO PRESIÓN HIDRÁULICA
Un cuerpo que se halla totalmente sumergido tiene todos los puntos de su superficie externa sometidos a presión hidrostática. El cuerpo trabajará mecánicamente a
compresión
Si debido a la disposición constructiva, el cuerpo plano sólo soporta presión por una cara (compuertas planas o muros
en depósitos), la única presión actuante someterá a la compuerta a esfuerzos de flexión y corte: ha de resistir
como una viga o como una placa
HIDROSTÁTICA
FLOTACIÓN
Principio de Arquímedes
Todo cuerpo inmóvil sumergido total o parcialmente en un fluido, sufre un empuje de abajo arriba, equivalente al peso del fluido desalojado. Este empuje se aplica en el centro de gravedad del volumen del fluido desalojado.
Condiciones de equilibrio de los cuerpos flotantes
Si se sumerge en el agua un cuerpo de densidad inferior a ella, éste se elevará hacia la superficie hasta quedar flotando en una posición de equilibrio. La subpresión (flotando) será igual al peso del líquido
desplazado, y actuará en el centro de gravedad del volumen desplazado, punto llamado centro de carena.
Se representa por G el c. de g. del cuerpo flotante, y por C el c. de carena.
HIDROSTÁTICA
FLOTACIÓN
Recíproco del Principio de Arquímedes
Todo cuerpo sumergido en un líquido pesado, en equilibrio estático, ejerce sobre el líquido una presión vertical de
arriba abajo, igual al peso del volumen de líquido desalojado
HIDRODINÁMICA
Parte de la hidráulica que estudia el comportamiento mecánico del agua en
movimiento
CLASIFICACIÓN DE LOS FLUJOSSegún las variaciones de las magnitudes hidráulicas (veloc.media y presión)
en el tiempo y el espacio (eje de la conducción).
• Régimen permanente (Q constante)
Régimen permanente uniforme (V=cte en tiempo y espacio)
Régimen permanente variado (V=cte en tiempo, no en espacio)
- - Gradualmente variado
- Bruscamente variado
• Régimen variable o transitorio (Q variable, V variable)
Golpe de ariete / Oscilación en masa
HIDRODINÁMICA
ECUACIÓN DE CONTINUIDADExpresión matemática consecuencia del principio de conservación de masa:
Dado un tubo de fluido cualquiera, por unidad de tiempo ingresa en él lamisma cantidad de fluido en un extremo que sale por el otro extremo.
S1 v1 = S2 v2
Caudal = Sección x velocidad
Variaciones de sección en tubos implicarán variaciones en la velocidad del agua
HIDRODINÁMICA
NÚMERO DE REYNOLDSClasificación de las corrientes de agua generadas por el grado de turbulencia:
Corrientes laminares
Las partículas del líquido recorren trayectorias rectas y paralelas entre sí
Corrientes turbulentas
Movimiento desigual de cada partícula (Pérdidas de energía)