UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMA FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL LICENCIATURA EN INGENIERIA CIVIL DEPARTAMENTO DE HIDRAULICA, SANITARIA Y CIENCIAS AMBIENTALES ASIGNATURA: PRE-REQUISITOS: AÑO: SEMESTRE: HIDRAULICA MECANICA DE FLUIDOS TERCERO II CODIGO: HORAS DE CLASE: HORAS DE LAB: CREDITO: 8020 3 2 4 OBJETIVOS GENERALES: • Aplicar los principios y conceptos fundamentales de Hidráulica a la solución de problemas de fluidos reales en tuberías y canales. • Utilizar técnicas numéricas en la solución de los problemas de Hidráulica cuando sea requerido. CONTENIDO: TEORIA SEMANA No. I. INTRODUCCION A LA HIDRAULICA 1.1 Objetivos del curso …………………………………………………………… 1 1.2 Revisión de los conceptos fundamentales de Mecánica de Fluidos 1.2.1 Ecuación de Continuidad 1.2.2 Ecuación de Energía 1.2.3 Impulso – Cantidad de Movimiento II. FLUJO PERMANENTE DE FLUIDOS INCOMPRESIBLES EN CONDUCTOS CERRADOS O TUBERIAS 2.1 Clasificación del flujo en tuberías ……………………………………….…….. 2 2.1.1 Flujo laminar y turbulento 2.2 Derivación de la fórmula general para la evaluación de pérdidas por fricción en tubos 2.2.1 Ecuación de Darcy – Weisbach 2.2.2 Ecuaciones empíricas: Fórmula de Hazen – Williams 2.3 Cálculo del factor de fricción ………………………………………….…….… 3 2.3.1 Ecuación de Von Karman – Prandtl (Tubo Liso – Rugoso) 2.3.2 Ecuación de Colebrook – White (Transición) 2.3.3 Diagrama de Moody 2.4 Conductos no circulares ……………………………………………………….. 4 2.5 Pérdidas menores en conductos cerrados 2.5.1 Evaluación de las pérdidas locales de energía: entrada, expansión, contracción, salida, accesorios, codos, válvulas, etc. 2.6 Problemas de Flujo de Fluidos en Tuberías ……………………………………. 5 2.6.1 Diagramas de la Línea de Energía y Línea del Gradiente Hidráulico 2.6.2 Tubería simple o Línea Unica 2.6.3 Líneas con Turbomáquinas: Bombas o Turbinas 2.6.4 Tuberías en Serie ……………………………………………………. 6 2.6.5 Tuberías en Paralelo 2.6.6 Tuberías Ramificadas 2.7 Redes de Tuberías ……………………………………………………………… 7 2.7.1 Formulación del Sistema de Ecuaciones: Caudal Q, Carga H y Caudal Correctivo Q Método de Newton – Raphson para la Solución de un Sistema de Ecuaciones Simultáneas No Lineales: Ecuaciones Q, H y Q 2.7.3 Solución de las Ecuaciones de Caudal Correctivo por el Método de Hardy – Cross …………………………………………… 8 2.7.4 Fórmula Exponencial para la Linearización del Factor de Fricción 2.7.5 Mallas Especiales con Tanques o Bombas 2.8 Mediciones en Conductos Cerrados o Tuberías ……………………………….... 9 2.8.1 Nivel o Altura Piezométrica: Piezómetro 2.8.2 Presión: Manómetros de Líquido y de Bourdon 2.8.3 Velocidad: Tubo de Pitot 2.8.4 Caudal: Venturímetro, Tobera y Orificio Parcial No. 1 2.7.2 III. FLUJO PERMANENTE EN CONDUCTOS ABIERTOS O CANALES 3.1 Introducción al Flujo en Canales ………………………………………………... 10 3.1.1 Elementos Hidráulicos de una Sección 3.1.2 Clasificación del Flujo en Conductos Abiertos 3.2 Flujo Uniforme en Canales ……………………………………………………… 11 3.2.1 Fórmula de Chezy 3.2.2 Fórmula de Manning 3.2.3 Profundidad Normal 3.2.4 Consideraciones sobre el Radio Hidráulico 3.2.5 Sección Optima 3.3 Flujo Crítico ………………………………………………………………..……. 12 3.3.1 Propagación de una Onda Gravitatoria de Amplitud Pequeña 3.3.2 Profundidad Crítica y Pendiente Crítica 3.3.3 Sección de Control 3.3.4 Canales No Rectangulares 3.4 Flujo Rápidamente Variado …………………………………………………..…. 13 3.4.1 Caída Hidráulica 3.4.2 Resalto Hidráulico 3.5 Energía Específica ……………………………………………………………..… 14 3.5.1 Profundidades Alternas de Flujo 3.5.2 Transiciones en Canales: Contracciones y Cambios de Elevación del Fondo del Canal 3.6 Flujo Gradualmente Variado …………………………………………………….. 15 3.6.1 Derivación de la Ecuación Diferencial que gobierna el Flujo Gradualmente Variado 3.6.2 Clasificación de los perfiles del Flujo Gradualmente Variado 3.6.3 Ejemplos de Perfiles de la Superficie del Agua en un Canal 3.6.4 Cálculo de la Longitud del Perfil utilizando el Método Directo 3.6.5 Solución Numérica de la ecuación diferencial del flujo gradualmente variado utilizando el Método de Euler Mejorado (Predictor-Corrector) Parcial No. 2 3.7 Mediciones en Canales ……………………………………………………………. 16 3.7.1 Evaluación del Caudal en un Canal a partir de las mediciones de la Velocidad 3.7.2 Vertederos Rectangulares de Pared Delgada: Sin y Con Contracciones Laterales 3.7.3 Otros Vertederos de Pared Delgada: Vertederos Triangulares 3.7.4 Vertederos de Pared Gruesa 3.7.5 Compuertas: con Descarga Libre y Sumergida Examen Semestral LABORATORIO 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Asignación del Grupo de Laboratorio a cada Estudiante Introducción al Laboratorio de Hidráulica 2.1 Preparación de los Informes de Laboratorio Conductos Cerrados o Tuberías 3.1 Pérdidas por Fricción 3.2 Pérdidas Menores o Locales 3.3 Tuberías en Paralelo Mediciones en Tuberías 4.1 Tubo de Pitot 4.2 Venturímetro 4.3 Orificio 4.4 Rotámetro 4.5 Válvula de Regulación Flujo en Conductos Abiertos o Canales 5.1 Flujo Uniforme 5.2 Energía Específica 5.2.1 Cambio de Elevación del Fondo 5.2.2 Cambio de Ancho 5.3 Resalto Hidráulico Mediciones en Canales 6.1 Vertedero de Pared Delgada 6.1.1 Vertedero Rectangular 6.1.2 Vertedero Triangular 6.2 Vertedero de Pared Gruesa 6.3 Compuertas Evaluación y/o Recuperación de Laboratorios BIBLIOGRAFIA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Chow, Ven Te. Hidráulica de Canales Abiertos. McGraw-Hill Interamericana. Colombia. 1994 Daugherty, Robert L., Joseph B. Franzini y E. John Finnemore. Fluid Mechanics with Engiineering Applications. Octava Edicion. McGraw-Hill. New York. 1985 French, Richard H. Hidráulica de Canales Abiertos. McGraw-Hill. México. 1988 Gerhart, Philip M., Richard J. Gross y John I. Hochstein. Fundamentos de Mecánica de Fluidos. Segunda Edición. Addison-Wesley Iberoamericana. Delaware. 1995 Henederson, F. M. Open Channel Flow. Macmillan. New York. 1966 Jeppson, Roland W. Analysis of Flow in Pipe Networks. Butterworth Publishers. Boston. 1976 Saldarriaga, Juan G. Hidráulica de Tuberías. McGraw-Hill Interamericana. Colombia. 1998 Vennard, John K. y Robert L Street. Elementos de Mecánica de Fluidos. Tercera Edición. Compañía Editorial Continental. México. 1995 White, Frank M. Mecánica de Fluidos. McGraw-Hill. Madrid. 1979 EVALUACION SUGERIDA Parciales 40% Asistencia, Proyecto o Tareas 10 % Semestral 35% Laboratorio 15% Revisado por la siguiente Comisión: Ing. David Cedeño B. (Coordinador) Ing. Luis Barahona Ing. Luis Muñoz Ing. Erick Vallester Ing. Riomar Espinosa
