Hidráulica

Universidad de ChiclayoFacultad de arquitectura y urbanismo

Escuela profesional de ingeniería civil – Jaén

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LA HIDRÁULICA

1. Definición:

La hidráulica es una rama de la mecánica de fluidos y ampliamente presente en la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los líquidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa y a las condiciones a que esté sometido el fluido, relacionadas con la viscosidad de este.

2. Etimología:

La palabra hidráulica proviene del griego ὑδϱαυλικός (hydraulikós) que, a su vez, viene de «tubo de agua», palabra compuesta por ὕδωϱ (agua) y αὐλός (tubo).

3. Historia:

3.1 Egipto

Nació la más antigua de las ciencias exactas, la geometría que, según el historiador griego Heródoto, surgió a raíz de exigencias catastrales relacionadas con las inundaciones del río Nilo.

3.2 Roma

Se basaron el bienestar y el buen vivir especialmente en la disponibilidad de abundante cantidad de agua. Se considera que los acueductos suministraban más de un millón de m³ de agua al día a la Roma Imperial, la mayor parte distribuida a viviendas privadas por medio de tubos de plomo. Llegaban a Roma por lo menos una docena de acueductos unidos a una vasta red subterránea.

3.3 Grecia

Se encontrarían una sistematización de sus principios en la física de Aristóteles. Física que, como se sabe, está basada en los cuatro elementos naturales, sobre su ubicación, sobre el movimiento natural, es decir hacia sus respectivas esferas, diferenciado del movimiento violento. La física antigua se basa en el sentido común, es capaz de dar una descripción cualitativa de los principales fenómenos, pero es absolutamente inadecuada para la descripción cuantitativa de los mismos.

Más adelante Arquímedes realizó una gran cantidad de descubrimientos excepcionales. Fue el fundador de la hidrostática, y también el precursor del cálculo diferencial, En el campo de la hidráulica él fue el inventor de la espiral sin fin, la que, al hacerla girar al interior de un cilindro, es usada aún hoy para elevar líquidos.

Mecánica de fluidos i



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4. Historia De La Hidráulica En El Mundo

Inicialmente se movilizo en los lagos y ríos utilizando los troncos de madera que flotaban. Más adelante la navegación se hizo a ver la aprovechando la fuerza de los vientos.

La rueda hidráulica y el molino de viento Son preámbulos de mucho interés para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con las posibilidades d los fluidos para generar y transmitir energía y le enseñaron en forma empírica los rudimentos de la Hidromecánica y sus propiedades.

Fig1 molino de viento y la rueda Rueda Nonia

LOS ANTIGUOS EGIPCIOS inventaron La primera bomba construida por el hombre. La jeringa, quienes la utilizaron para embalsamar las momias. CTESIBIUS en el siglo II A.C., la convirtió en una bomba de doble efecto.

LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ríos, estableció sus experiencias y observaciones en la construcción de instalaci ones hidráulicas ejecutadas principalmente en Milán y Florencia.


http://2.bp.blogspot.com/-bcHVaUCSJXo/TjtAhSW0hSI/AAAAAAAAAAQ/M2scBSwGCMA/s1600/image025.jpg

http://timerime.com/en/event/2847574/Leonardo+Da+Vinci/



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Fig.2 leonardo da vinci (flujo de agua y estructuras)

GALILEO en 1612 elaboro el primer estudio sistemático de los fundamentos de la Hidrostática. crea un sistema para medir el movimiento del agua en el cual un líquido sube a través de un agujero.

Fig.3 GALILEO (principios de hidráulica)

TORRICELLI, Un alumno de Galileo enunció en 1643 la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Construyo El barómetro para la medición de la presión atmosférica.

Fig.4 TORRICELLI (el barómetro)


http://blogs.ua.es/galileogalilei/biografia-2/

http://www.terredifaenza.it/scoprire_territorio/ter_pers_stor_trad/ev_personaggi/pagina45-081.html



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BLAISE PASCAL, aunque vivió únicamente hasta la edad de 39 años, fue uno de los grandes científicos y matemáticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos descubrimientos importantes, pero en relación con la mecánica de fluidos son notables. ley de la distribución de la presión en un líquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal. Además descubre la comprobación de que la potencia del vació se debe al peso de la atmósfera y no un "error natural" como se creía anteriormente.

Fig.5 BLAISE PASCAL (ley de la distribución de la presión de un líquido)

ISAAC NEWTON, además de muchas contribuciones a la ciencia y a las matemáticas, se le debe en Mecánica de Fluidos: El primer enunciado de la ley de fricción en un fluido en movimiento, La introducción del concepto de viscosidad en un fluido, Los fundamentos de la teoría de la similaridad hidrodinámica.


http://www.hannaharendtcenter.org/?p=12102

http://www.biografiasyvidas.com/monografia/newton/fotos1.htm



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Fig.6. ISAAC NEWTON (ley de la fricción en un fluido en movimiento)

DANIEL BERNOULLI. En el siglo XVIII establece a los fundamentos teóricos de la Mecánica de Fluidos como una ciencia. En 1738 en su "Hidrodinámica", formulo la ley fundamental del movimiento de los fluidos que da la relación entre presión, velocidad y cabeza de fluido.

Fig.7. DANIEL BERNOULLI. (Ley de Movimiento de los Fluidos que da relación entre presión, velocidad y cabeza del fluido)

LEONHARD EULER, 1707-1783, también suizo, desarrollo las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco El principio de los métodos teóricos de análisis en la Mecánica de Fluidos. A Euler se le debe también la ecuación general del trabajo para todas las maquinas hidráulicas roto dinámicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), además de los fundamentos de la teoría de la flotación.

Fig.8. LEONHARD EULER. (Desarrollo métodos teóricos de análisis)


http://www.rtve.es/noticias/20100416/hidrodinamica-daniel-bernoulli/327864.shtml

http://3.bp.blogspot.com/-pTfpgnvhOHY/TjtOIJy5u-I/AAAAAAAAAAc/nRu4u5vG87A/s1600/Image3880.gif

http://3.bp.blogspot.com/-7s1A6H8oWhU/TjtRMg9qCoI/AAAAAAAAAAg/bVkpXjc9KhI/s1600/hidraulica_ilustrada_p.jpg

http://www.biography.com/people/leonhard-euler-21342391



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JOSEPH BRAMAH, En 1985 después de 135 años de la formulación de la ley de Pascal, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. 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 presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces.

ANTOINE CHEZY, HENRIDARCY, JEAN POISEUILLE en Francia; JULIUS WEISBACH Y G. HAGEN , en los últimos años del siglo XVIII y la mayoría del XIX . De importancia especial fueron los los que tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad. Y las fórmulas empíricas resultantes que fueron utilizadas hasta hace poco tiempo.

LUIDWIG PRANDTL, THEODOR VON KARMAN Y JOHAN NIKURADSE.En la Hidráulica contemporánea sus trabajos en Aerodinámica y Mecánica de Fluidos que sirvieron para dilucidar la teoría del flujo turbulento; el último sobre flujo en tuberías.

En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presión y se introdujeron los sellos de caucho sintético. Diez años después los servomecanismos electrohidráulicos ampliaron el campo de aplicación de la oleohidráulica (rama de la hidráulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los años sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formación profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la fluídica.




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5. Hidráulica En El Perú

5.1 Hidráulica Antigua

CANALES Y SISTEMAS DE RIEGO

Son innumerables los vestigios de obras descomunales como los canales de riego que, muchas veces, cruzan los andes llevando las aguas de una cuenca hacia otra (trasvases), con mejores posibilidades o potencial agronómico: suelo, clima, adaptación de especies, entre otros aspectos.

LOS ACUEDUCTOS

Son aquellas construcciones de ingeniería hidráulica que promueven una gran admiración hacia el pasado pre-inca, ellos buscaban como objetivo principal la conducción del agua desde un punto hasta otro permitiendo el acceso a este recurso.

REPRESAS ALTO ANDINAS

A lo largo de nuestros andes que conforman nuestra serranía, podemos apreciar una serie de represas que por su ubicación denomínanos alto andinas, de mediana capacidad que tenían por función almacenar las aguas de las lluvias.




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Sistema De Riego Huirucatac

En la parte alta de la cuenca del río Nepeña, en Huaylas (Ancash), donde mediante un sistema de lagunas interconectadas (Coñoc Ranra, Capado Cocha, Tocanca, entre otras), unidas por el canal Huirucatac de más de 100 km, se llevan las aguas desde la cuenca del río Nepeña hacia la cuenca del Río Santa Lacramarca.

Este es emblemático, por lo que representa unir los andes con la costa mediante venas de ríos que llevan vida a zonas desiertas. Este sistema está aún por redescubrirse y mostrar al mundo su portento y, por tanto, poner de manifiesto, una vez más, el ingenio de nuestros antepasados hidráulicos.

Fig. 1. canal Huirucatac

Canal CumbemayoEl canal Cumbemayo es parte de una de las obras hidráulicas más importantes de la época pre inca. Su connotación mágico-religiosa atrae a nacionales y extranjeros.

Se trata de unos bloques tallados por los que discurre agua en una suave pendiente, que incluye túneles y codos en zigzag para aminorar la velocidad de la corriente. Los bloques de piedra ubicados al inicio del recorrido –los petroglifos propiamente dichos– tienen diversos planos tallados y pulidos.

Abarca una considerable extensión de enormes farallones, con diversas y caprichosas formas, siendo las más conocidas las que semejan a las siluetas de frailes en silenciosa procesión, de aquí la denominación de “Frailones”.

Esta sorprendente obra de la ingeniería hidráulica, de 9 km. de longitud, fue construida durante el periodo preincaico. Muchos de sus tramos, labrados en la misma roca, poseen entre 35 y 50 cm. de ancho, y de 30 a 65 cm. de profundidad. Además se utilizaron grecas y ángulos rectos con el fin de disminuir la velocidad de las aguas y, a la vez, evitar la erosión del terreno


Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente Canal con Puente



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Acueductos de Nazca

Estos acueductos conducen las filtraciones de los ríos, Aija, Tierra Blancas y Nazca por tramos subterráneos (galerías socavón) y por tramos descubiertos (galería zanjón).En los tramos cubiertos construyeron chimeneas de sección helicoidal cada cierto tramo (50, 100 y 120 m), con el fin de realizar el mantenimiento de las zanjas y cargar con la presión atmosférica al acueducto y mantener el régimen de flujo uniforme, el mismo que no causa erosión ni sedimentación en el canal.

Las chimeneas tienen una longitud promedio aproximado de 70 a 80 pasos (unos 49 metros) donde se puede ingresar con relativa facilidad a realizar el mantenimiento. Las paredes de estas chimeneas están revestidas con piedras canto rodado, colocados aparentemente sin aglomerante y mantienen su estabilidad a pesar de los fenómenos naturales ocurridos (terremoto último en Nazca 1996).

El Tipón de Cusco

Poblado ubicado a 23 km de al sudestes del Cusco, Fue un adoratorio mayor donde se rendía culto al agua con el cuidado y la veneración que los incas trataban a este elemento. Este complejo ha sido distinguido por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE por sus siglas en inglés) como maravilla dela Ingeniería Civil. El respeto al entorno natural y la tecnología usada para movilizar las aguas de los manantiales son un modelo de ingeniería hidráulica al servicio del hombre y la naturaleza.

El río Watanay pasa cerca de Tipón y de él se desprenden dos riachuelos que rodean todo el complejo, estos podrían ser los riachuelos de los que habla el cronista inca.


Acueductos de Nazca Ductos



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Este admirable recreo incaico se encuentra asentado sobre una superficie sumamente irregular. En los tiempos del incario no existieron terrenos planos ni horizontales, todo fue modificado por los empeñosos habitantes del Tahuantinsuyo para satisfacción de su veterano y deslucido monarca.

Represa Rico cocha

Una represa que se encuentra dentro de la cuenca del río Nepeña con una mediana capacidad de almacenaje, las cuales utilizaron para retener las aguas en las temporadas de lluvias y distribuirlas en los meses de estiaje, cubriendo sus

necesidades hídricas sabiamente planificadas.

Esta represa pre inca tiene una capacidad de embalse de aproximadamente 0.1 millón de m3, todo el muro construido con piedra y tierra, probablemente con un aglomerante que debe ser materia de investigación.

Altura de presa 4m, ancho de muro en la corona 1.50 metros, el ancho de muro en la base es de 4.00 m y longitud aproximada de 150 m.

En el centro de la presa ubicaron unas boquillas de desfogue, que son solo ventanas y que eran taponadas en el período de lluvias, estas se encuentran en diferentes niveles y controlaban de esa manera la descarga


Canales dentro de TipónPanorámica de Tipón

Templo al Agua



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5.2 Hidráulica Actual

En nuestro país se utiliza el gran potencial hídrico de los ríos, lagos y lagunas para generar la electricidad que utilizamos. Esta generación hidroeléctrica representa el 60% del total de nuestra electricidad. El otro 40% lo generan las centrales térmicas, que trabajan con la fuerza del vapor y cuyo combustible principal es todavía el petróleo

A. Las Centrales Hidroeléctricas de nuestro país están agrupadas en dos sistemas eléctricos:

1. Carhuaquero: Ubicada en Cajamarca, aprovecha las aguas del río Chancay y cuenta con una caída neta de 475 m para generar 75 Megavatios (Mw). Fue puesta en servicio en 1988 y pertenece a la empresa EGENOR S.A.

2. Cañón del Pato: Ubicada en Ancash, a 120 Km. de Chimbote en la provincia de Huaylas, utiliza las aguas del río Santa aprovechando una caída de 395 m y


Cuerpo de la presa

Sistemas de escalinatas en el cuerpo de la presa.



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generando 154 Mega watts (Mw). Fue puesta en servicio en dos etapas: 1958 y 1981 respectivamente. Pertenece también a EGENOR S.A.

3. Gallito Ciego: Ubicada en la provincia de Contumazá, en Cajamarca. Genera 34 Mega watts. Ha sido entregada en concesión definitiva a la empresa Cementos Norte Pacasmayo.

4. Central Hidroeléctrica: Santiago Antúnez de Mayolo: Ubicada en el departamento de Huancavelica, provincia de Tayacaja. Produce 798 Mw, con una caída neta de 748 m también con turbinas Pelton. Fue puesta en servicio en dos etapas 1973 y 1979 respectivamente.

5. Restitución: Esta central recibe las aguas ya utilizadas en la Central Antúnez de Mayolo a través de una caída de 258 m generando 216 Mw. Fue puesta en operación en 1984. Ambas componen el complejo hidroenergético más grande del país y pertenecen a Electroperú S.A.

6. Cahua: Ubicado en Pativilca, al norte de Lima, aprovecha las aguas del río Pativilca a través de una caída de 215 m produciendo 41 Mw. Fue puesta en servicio en 1967 y abastece de electricidad a Huacho, Supe, Paramonga, Pativilca y Barranca.

7. Huinco: Es la principal central hidroeléctrica de Lima. Su producción es de 262 Mw a través de 4 generadores. La cuenca hídrica que abastece a Huinco es recogida de las lagunas de Marcapomacocha y Antacoto a 5 mil msnm. Las aguas son derivadas a través de una caída neta de 1.245 m para ser absorbidas por 8 turbinas Pelton. Fue puesta en operación en 1965. Además de Huinco, otras centrales hidroeléctricas abastecen a la ciudad de Lima. Todas ellas Pertenecen a la empresa EDEGEL S.A.

B. Los Canales




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CHAVIMOCHIC

Lleva el agua desde el río Santa hasta el valle de Virú, en un recorrido de 88 kilómetros.

C. Las Represas

REPRESA DE POECHOS

Con sus 1000 millones de metros cúbicos, es la de mayor capacidad del país. Se halla muy próxima a la ciudad

de Sullana.

Es la principal infraestructura del proyecto Chira-Piura




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5.3 Hidráulica Al Futuro


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