HIDRAULICA - Udabol Virtual

FACULTAD DE CIENCIAS AGRÍCOLAS Y PECUARIAS
RED NACIONAL UNIVERSITARIA
UNIDAD ACADEMICA DE SANTA CRUZ
FACULTAD DE CIENCIAS AGRÍCOLAS Y PECUARIAS
CARRERA DE INGENIERIA AGRONOMICA
Ingeniería Agronómica
QUINTO SEMESTRE
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA DE
HIDRÁULICA
Autor: Ing. Apolinar Manú García Mcs.
Gestión Académica II/2014.
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UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
Acreditada como PLENA mediante R.M. 288/01
VISION DE LA UNIVERSIDAD
Ser la Universidad líder en calidad educativa.
MISION DE LA UNIVERSIDAD
Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad
y Competitividad al servicio de la sociedad
Estimado(a) estudiante:
El Syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes, quienes
han puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza para brindarte
una educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para que organices mejor
tus procesos de aprendizaje y los hagas mucho más productivos.
Esperamos que sepas apreciarlo y cuidarlo.
Aprobado por:
Fecha: Agosto de 2014.
SELLO Y FIRMA
JEFATURA DE CARRERA
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SYLLABUS
Asignatura:
Hidráulica
Código:
ING-515
Requisitos
ING-412
Carga Horaria:
100 horas
Horas teóricas
60 Horas.
Horas prácticas
Créditos:
40 Horas.
5
I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA.

Profundizar en los conocimientos de la hidráulica aplicada al riego y drenaje, para que
pueda planificar sus actividades, según el medio donde se desarrolle su trabajo
profesional.

Dotar al estudiante de los conocimientos necesarios para realizar cálculos orientados a
las obras hidráulicas de los sistemas de riego.

Profundizar en los conceptos relacionados con la hidráulica agrícola.
II. PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA.
UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA.
1.1. Ciclo hidrológico
1.2. Concepto de Sistemas.
1.3. Modelo del sistema hidrológico.
1.2. Cuencas hidrográficas
1.3. Lluvias- Escorrentía superficial y formación de cursos de agua
1.4. Manejo de recursos hídricos.
1.5. La hidrológica superficial.
UNIDAD II: HIDROLOGIA SUBTERRANEA.
2.1. Agua subterránea, acuíferos y pozos
2.2. Clasificación de acuíferos.
2.3. Movimiento del agua subterránea, capa freática y capa artesiana.
2.4. Criterios para la explotación de acuíferos
2.5. Calidad del agua.
UNIDAD III: HIDROSTÁTICA
3.1. Definición de fluido
3.1. Sistema de unidades
3.2. Peso especifico
3.3. Densidad y densidad relativa de un cuerpo
3.4. Viscosidad de un fluido
3.3. Presión un fluido
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3.4. Diferencia de presiones
3.5. Altura de presión
3.6. Vacío y presión atmosférica
3.7. Presión absoluta, relativa, columna de mercurio, columna de agua
3.8. Presión sobre superficies planas.
3.9. Principio de pascal
3.10. Prensa hidráulica
3.11. Barómetros, Piezómetros y manómetros.
3.12. Relación entre los diferentes sistemas de unidades
3.13. Fuerza ejercida por un fluido sobre un área plana.
3.14. Fuerza ejercida por un fluido sobre un área curva.
3.15. Definición de la hidrostática.
UNIDAD IV: FUNDAMENTOS DE HIDRODINÁMICA DE FLUIDOS.
4.1. Definición de hidrodinámica.
4.2. Régimen permanente
4.3. Ecuación de la continuidad
4.4. Teorema de Bernoulli y significado de cada uno de sus términos.
4.4.1 Escurrimiento a través de orificios.
4.5. Perdidas por frotamiento
UNIDAD V: CONDUCTOS A PRESIÓN - TUBERIAS
5.1. Definiciones presiones.
5.2. Régimen laminar y turbulento
5.3. Formulas para el cálculo de tuberías
5.4. Perdidas principales y secundarias
5.5. Cuantificación de las diferentes pérdidas de carga
5.6. Formula de Chezy-Darcy
5.7. Líneas del gradiente hidráulico, y de energía
5.8. Discusión y aplicación de las diferentes formulas para el cálculo de tuberías
5.9. Redes abiertas y cerradas
UNIDAD VI: MAQUINAS HIDRÁULICAS – BOMBAS.
6.1. Definición y gradiente Hidráulico
6.2. Formulas De Maning Y Chezy
6.3. Calculo y dimencionamiento de canales tipo, empleando la formula de Manning
6.4. Trazado de un canal con fines de riego
6.5. Análisis del funcionamiento de las diferentes estructuras de un canal
6.7. Regulación y almacenamiento de agua con fines de riego
6.8. Ubicación de las estructuras
6.9. Dimensionamiento
6.10. Criterios constructivos
6.11 Conductos o canales libres de flujo permanente no uniforme
6.12 Conductos libres o canales de flujo uniforme.
III. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA
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PROCESUAL O FORMATIVA
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A lo largo del semestre se realizarán 2 tipos de actividades formativas:
Las primeras serán de aula, que consistirán en clases teóricas, exposiciones, repasos cortos, trabajos
grupales, (resolución de casos y Dif´s). De laboratorio como análisis de muestras y estudio de casos
sobre las enfermedades causadas por vectores en las diferentes unidades educativas.
Las segundas consistirán en dos exámenes parciales, y un examen final. Los mismos que será
planificados anticipadamente por el jefe de carrera.
La participación y la calidad de los trabajos resultantes de dos tipos de actividades se tomarán como
evaluación procesual (sobre 50 puntos) independientemente de la cantidad de actividades realizadas
por cada alumno. Bajo la siguiente ponderación:




Participación 10 %.
Calidad del trabajo y/o contenido 20 %.
Instrumentos y/o medios utilizados 20 %.
DE RESULTADOS DE LOS PROCESOS DE APRENDIZAJE O SUMATIVA (examen parcial
o final)
Se realizan 2 evaluaciones parciales con contenido teórico (exámenes escritos) y práctico. El examen
final consistirá en un examen escrito, el mismo que se calificará con 50 puntos cada una. El examen
final consistirá en un examen escrito con el valor del 40 % de la nota sumativa y la presentación de los
informes y documentos del proyecto con el restante 10 %.
V. BIBLIOGRAFÍA BASICA.
● Sánchez, Cristian. Sistemas de riego. Ed. Ripalme. Lima. Perú 2004. (627.52 Sa55)
 Ugarte, Francisco. Mecánica de fluidos e hidráulica. Ed. UAGRM. Santa Cruz. 1990. (620.106
Ug1 t.1 y 2)
BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA
 Sotelo Ávila, Gilberto. Hidráulica General. Vol.1. Ed. Limusa. México. 1999
 French, Richard H. Hidráulica de Canales Abiertos. Edit. Mc Graw Hill México. 1992.
 Losada Villasante. El riego, fundamentos hidráulicos. Edit. Mundi Prensa. Barcelona, España.
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VI. PLAN CALENDARIO
SEMANA
1ra.
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ACTIVIDADES ACADÉMICAS
Avance de materia
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OBSERVACIONES
Presentación de la
asignatura
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UNIDAD I. 1.1 – 12.
2da.
Avance de materia
UNIDAD I. 1.2 - 1.3 -
3ra.
Avance de materia
UNIDAD I . 1.4 – 1.5
4ta.
Avance de materia
UNIDAD II. 2.1 – 2.2 – 2.3
5ta.
Avance de materia
6ta.
Avance de materia
UNIDAD II. 2.4 – 2.5.
7ma.
Avance de materia
UNIDAD III. 3.1 – 3.2 – 3.3
Primera Evaluación
– 3.4 – 3.5
8va.
Avance de materia
UNIDAD III. 3.6 – 3.7 – 3.8
Primera Evaluación
9na.
Avance de materia
s
10ma. Avance de materia
UNIDAD III. 3.9 – 3.10 –
3.11 – 3.12 – 3.13 – 3.14 –
3.15.
11ra. Avance de materia
12da. Avance de materia
UNIDAD IV. 4.1 – 4.2. 4.3
– 4.4 – 4.5.
13ra. Avance de materia
UNIDAD V. 5.1 – 5. 2 -
14ta.
Avance de materia
15ta.
Avance de materia
16ta.
Avance de materia
17ma. Avance de materia
UNIDAD V. 5.3 – 5.4 Segunda Evaluación
5.5.
UNIDAD V. 5.6 – 5.7 – 5.8
– 5.9
Segunda evaluación
UNIDAD VI. 6.1- 6.2 – 6.3
– 6.4 – 6.5 – 6.6. – 6.7-6.8
– 6.9 – 6.10 – 6.11 –
6.12..-
18va.
Evaluación final
19 na
Evaluación final
20ma
Segunda Instancia
Presentación de Notas
VII. WORK PAPER´s. y DIF´s.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
DIF´s # 1.
UNIDAD O TEMA: HIDROLOGIA SUPERFICIAL
TITULO: CICLO HIDROLOGICO
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FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
El ciclo hidrológico
La noción o principio general en torno al cual gira la hidrología es el ciclo hidrológico. La hidrología
etimológicamente es la ciencia del agua. Sin embargo se refiere fundamentalmente al agua terrestre.
La hidrología se ocupa de la presencia del agua, de sus reacciones con el resto de la tierra y con la
vida sobre ella. Incluye también a la descripción de la tierra con respecto al agua, mas que las
profundidades físicas y químicas del agua como sustancia.
El concepto del ciclo hidrológico y el conocimiento de su funcionamiento no solo son de interés para la
hidrología o para la meteorología. En realidad es muy importante para la planificación del uso de los
recursos hidráulicos y para esclarecer una serie de conceptos vinculados al uso de las aguas.
El concepto principal que engloba el ciclo hidrológico es el de totalidad. Todas las manifestaciones
hídricas. Todos los estados del agua están presentes en el ciclo hidrológico. La fuerza que hace
posible el ciclo hidrológico, viene del sol, de la gravedad y del movimiento de la tierra.
La forma más simple de pensar en el ciclo hidrológico es como un proceso sin principio ni fin,
dominado básicamente por la precipitación, infiltración, escorrentía, percolación profunda,
almacenamiento en el suelo, evaporación y transpiración.
Sin embargo debe tenerse presente lo siguiente. Solo una pequeña parte de la cantidad total de agua
existente en la tierra, esta participando en el del ciclo hidrológico. Según algunos autores, esta
pequeña parte es el 0.005% del total, o sea: 67000 Km 3. El resto, el 99.995% no participa activamente
del ciclo hidrológico. Una partícula liquida puede permanecer años, siglos y millones de años, en las
profundidades del mar o de la tierra, o en algún otro lugar como los casquetes polares, sin cambiar de
estado ni movilizarse. Pero en algún momento de la inmensidad del tiempo llegara su oportunidad y
participara del ciclo hidrológico. Se calcula que debajo del desierto del Sahara hay depósitos de agua
subterránea que tiene una antigüedad de 40000 años. En cambio, el agua de la atmósfera se renueva
cada ocho días y el agua de los ríos cada dieciséis.
Se estima que anualmente se evaporan de la tierra unos 400000 Km3. De esta cantidad. El 84 %, o
sea 335000 Km3. lo hace desde los océanos. La diferencia de 65000 Km 3 corresponde a la
evaporación desde la tierra, lagos, corrientes y a la transpiración de las plantas. De la cantidad de agua
que se evapora, la mayor parte cae nuevamente en forma de precipitación sobre los océanos. Otra
parte cae sobre las cuencas, constituya los ríos y regresa al mar, el resto da lugar a la escorrentía y se
evapora.
El ciclo hidrológico. Desde el punto de vista del aprovechamiento de los recursos hidráulicos,
representa una continua renovación, una presencia permanente en de la disponibilidad de agua en la
tierra. El estudio del ciclo hidrológico es nos interesa para conocer la forma de modificarlo en beneficio
de la humanidad. El ciclo hidrológico, es el concepto fundamental de la hidrología, pues describe una
secuencia de fenómenos naturales en virtud de los cuales el agua cambia de estado y de lugar.
TAREA DEL DIF´s:
1. Se menciono que el ciclo hidrológico desde el punto de vista del aprovechamiento de los recursos
hidráulicos, representa una continua renovación, como también una presencia permanente en de
la disponibilidad de agua en la tierra, pero pese a ello, muchos afirman que el ciclo hidrológico,
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no es un fenómeno continuo. Realice un pequeño debate con sus compañeros, analice el
problema y fundamente su análisis.
2. Se afirma que el ciclo hidrológico es el concepto fundamental de la hidrología, pues describe una
secuencia de fenómenos naturales en virtud de los cuales el agua cambia de estado y de lugar,
por lo tanto es lógico pensar que la hidrología ha desarrollado métodos de investigación
hidrológicos. Mediante una pequeña discusión analice los diferentes métodos de investigación
hidrológicos y establezca diferencias fundamentales entre ellos.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
DIF´s # 2.
UNIDAD O TEMA: HIDROLOGIA SUBTERRANEA
TITULO: AGUA SUBSUPERFICIAL
FECHA DE ENTREGA:
Agua subsuperficial
El agua subsuperficial fluye por debajo de la superficie terrestre, como consecuencia de tres procesos
importantes como son: la infiltración del agua superficial en el suelo para convertirse en humedad del
suelo, el flujo subsuperficial o flujo no saturado a través del suelo, el flujo saturado a través de los
estratos de suelo o roca. Los estratos de suelo o roca que permiten que el flujo de agua se denominan:
“medios porosos”. El flujo es no saturado cuando el medio poroso todavía tiene algunos vacíos
ocupados por aire y es saturado cuando los vacíos están llenos de agua. El nivel freático es la
superficie donde el agua se encuentra a presión atmosférica en un medio saturado. Por debajo del
nivel freático, el medio poroso se encuentra saturado y a presiones superiores a la atmosférica. Por
encima del nivel freático, las fuerzas capilares pueden saturar el medio poroso a lo largo de una corta
distancia en la franja capilar, por encima de la cual el medio poroso se encuentra usualmente no
saturado, excepto después de una lluvia, cuando la infiltración desde la superficie del terreno puede
producir temporalmente condiciones de saturación.
Las salidas de agua subsuperficial y agua subterránea ocurren cuando el agua subsuperficial emerge
para convertirse en flujo superficial, ya sea en una corriente o manantial. La humedad del suelo se
extrae por evapotranspiración a medida que el suelo se seca.
Infiltración
La infiltración es el proceso mediante el cual el agua penetra desde la superficie del terreno hacia el
suelo. Muchos factores influyen en la tasa de infiltración, incluyendo la condición de la superficie del
suelo y su cubierta vegetal, las propiedades del suelo tales como la porosidad y la conductividad
hidráulica, como también el contenido de humedad presente en el suelo.
Será necesario considerar también a los estratos de suelo con diferentes propiedades físicas diferentes
pueden superponerse unos sobre otros, formando horizontes, por ejemplo un suelo limoso con una
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conductividad hidráulica relativamente alta puede estar superpuesto sobre una zona de arcilla de baja
conductividad.
Los suelos también presentan una gran variabilidad espacial dentro de pequeñas áreas, como en un
sembrado. Como resultado de grandes variaciones espaciales y las variaciones temporales de las
propiedades del suelo que ocurren a medida que cambia el contenido de humedad de este. La
infiltración es un proceso muy complejo que puede describirse mediante ecuaciones matemáticas
solamente en forma aproximada.
Existen cuatro zonas de humedad: una zona saturada que se encuentra cerca de la superficie, una
zona de transmisión de flujo no saturado y contenido de humedad aproximadamente uniforme, la zona
de mojado en la cual la humedad decrece con la profundidad y un frente de mojado en el cual el
cambio de contenido de humedad con la profundidad es tan grande que de la apariencia de una
discontinuidad aguda entre el suelo mojado arriba y el suelo seco debajo. Dependiendo de la cantidad
de infiltración y de las propiedades físicas del suelo, el frente mojado puede penetrar en el suelo desde
unos pocos centímetros, hasta varios metros inclusive.
TAREA DEL DIF´s:
1.
Se mencionó que el flujo saturado a través de los estratos de suelo o roca, como los estratos
de suelo o roca que permiten que el flujo de agua se denominan: “medios porosos”.
Mediante un debate con sus compañeros, determine las características y propiedades
hidráulicas de los materiales portadores de agua subterránea.
2.
Se hablo acerca de infiltración, precolación profunda, escorrentía, almacenamiento en el
suelo, evaporación y evapotranspiración. Mediante una pequeña discusión con sus
compañeros, explique de que manera es posible determinar los factores que intervienen en
el proceso de recarga en acuíferos. Analice el problema y fundamente su análisis.
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 1
UNIDAD O TEMA: Hidrostática
TITULO: Características fundamentales de los fluidos – Barómetros.
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACION:
HIDROSTÁTICA
Conceptos fundamentales de Fluidos
La estática de fluidos estudia el equilibrio de gases y líquidos. A partir de los conceptos de densidad y
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de presión se obtiene la ecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de Pascal y el
de Arquímedes pueden considerarse consecuencias. El hecho de que los gases, a diferencia de los
líquidos, puedan comprimirse hace que el estudio de ambos tipos de fluidos tenga algunas
características diferentes. En la atmósfera se dan los fenómenos de presión y de empuje que pueden
ser estudiados de acuerdo con los principios de la estática de gases.
Se entiende por fluido un estado de la materia en el que la forma de los cuerpos no es constante, sino
que se adapta a la del recipiente que los contiene. La materia fluida puede ser trasvasada de un
recipiente a otro, es decir, tiene la capacidad de fluir. Los líquidos y los gases corresponden a dos
tipos diferentes de fluidos. Los primeros tienen un volumen constante que no puede mortificarse
apreciablemente por compresión. Se dice por ello que son fluidos incompresibles. Los segundos no
tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; son fluidos
compresibles porque, a diferencia de los líquidos, sí pueden ser comprimidos.
El estudio de los fluidos en equilibrio constituye el objeto de la estática de fluidos, una parte de la
física que comprende la hidrostática o estudio de los líquidos en equilibrio, y la aerostática o estudio
de los gases en equilibrio y en particular del aire.
Variación de la presión con la profundidad
Todos los líquidos pesan, por ello cuando están contenidas en un recipiente las capas superiores
oprimen a las inferiores, generándose una presión debida al peso. La presión en un punto
determinado del líquido deberá depender entonces de la altura de la columna de líquido que tenga por
encima de él.
En vista del hecho de que la presión en un líquido sólo depende de la profundidad, cualquier
incremento de presión en la superficie debe transmitirse a cada punto en el fluido. Esto lo reconoció
por primera vez el científico Alemán Blaise Pascal (1923-1662) y se conoce como ley de Pascal.
CUESTIONARIO WORK PAPER´S:
1.
Explique a que se considera fluido
2.
Explique a que se denomina carga o altura de presión.
3.
Explique cuál es la importancia del estudio de la hidráulica en su futura profesión, ilustre con
ejemplos
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WORK PAPER # 3
UNIDAD O TEMA: HIDRODINAMICA
TITULO: CLASIFICACION DE FLUIDOS – ECUACION DE CONTINUIDAD –
ECUACION DE BERNOULLI
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
HIDRODINÁMICA
El fluido como un continuo
Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente al ser sometida a un esfuerzo cortante
(esfuerzo tangencial) no importa cuan pequeño sea.
Todos los fluidos están compuestos de moléculas que se encuentran en movimiento constante. Sin
embargo, en la mayor parte de las aplicaciones de ingeniería, nos interesa más conocer el efecto
global o promedio (es decir, macroscópico) de las numerosas moléculas que forman el fluido. Son
estos efectos macroscópicos los que realmente podemos percibir y medir.
Por lo anterior, consideraremos que el fluido está idealmente compuesto de una sustancia
infinitamente divisible (es decir, como un continuo) y no nos preocuparemos por el comportamiento de
las moléculas individuales.
Una de las consecuencias de la hipótesis del continuo es que cada una de las propiedades de un
fluido se supone que tenga un valor definido en cada punto del espacio. De esta manera, propiedades
como la densidad, temperatura, velocidad, etc., pueden considerarse como funciones continuas de la
posición y del tiempo.
Ecuación de Continuidad
De la rapidez de flujo de volumen se puede establecer la ecuación de continuidad:
Q1  Q2
A1.V1  A2 .V2
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Ecuación de Bernoulli – Conservación de la energía:
En física usted aprendió que la energía no puede ser creada ni destruida, sino que puede ser
transformada de un tipo a otro, este es un enunciado de la ley de conservación de energía. Cuando se
analizan problemas de flujo de conductos es necesario considerar a tres tipos de energía que
intervienen en dicho flujo:
1. Energía potencial.
2. Energía cinética.
3. Energía de flujo.
La cantidad total de energía que posee el flujo será la suma de las tres energías señaladas
anteriormente y se las puede presentar mediante la ecuación de Bernoulli.
Ecuación de Bernoulli
2
2
P V
P V
Z1  1  1  Z 2  2  2
 2g
 2g
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CUESTIONARIO WORK PAPER´S:
1.
Determine la presión ejercida por el flujo agua en el punto de salida “2” del siguiente sistema
de tuberías.
Datos
P1 = 15000 Kp/m2
D1 = 0.25 m
D2 = 0.15 m
V2= 5m/s
Z2
–
Z1=3mts.
2.
Determine la presión ejercida por el flujo agua en el punto “3” y el punto de salida “2” del
siguiente sistema de tuberías.
Datos
P1 = 18000 Kp/m2
D1 = 0.2 m
D2 = 0.1 m
V1= 3.5m/s
R = 0.5 m
3
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Tuberia
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Nivel de referencia
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3.
Determine la presión ejercida por el flujo agua en los puntos de salida “2” y “3” del siguiente
sistema de tuberías.
Datos
D1 = 0.35 m
D2 = 0.25 m
D3 = 0.15 m
Q1 = 950 lts/s
Q2 = 550 lts/s
Q3 = 400 lts/s
Z1=5mts
Z2=7mts
Z3=2mts
4.
En el sistema formado por el siguiente tanque elevado y su respectiva tubería bajante,
calcule la presión estática en el fondo del tanque, determine también el caudal y la presión
dinámica en el punto de salida “2” de la tubería.
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Datos
D2 = 0.05 m
V2 = 2.5m/s
H = 15 Pts
h =1.8 Pts
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 4
UNIDAD O TEMA: CIRCULACION DE AGUA EN TUBERIAS
TITULO: ECUACIONES PARA EL DIMENCIONAMIENTO DE TUBERIAS
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
CIRCULACION DE AGUA EN TUBERIAS
VELOCIDADES DEL AGUA Y FORMULAS DE CALCULO
La velocidad de circulación del agua a presión dentro de las conducciones se puede determinar
utilizando fórmulas empíricas de pérdida de carga donde se relaciona la velocidad, el diámetro interior
y la pérdida de carga unitaria de las tuberías.
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A continuación se hace una reseña de estas fórmulas.
FORMULA DE MOUGNIE
Para presiones nominales entre 20 y 50 macha
Donde:
V = Velocidad del agua (m/seg.)
D = Diámetro interno de la conducción (m).
Conocido el caudal aproximado que circula por una tubería, y teniendo en cuenta la ecuación de la
continuidad
FÓRMULA DE DEPUIT
Para tuberías rugosas y diámetros inferiores a 0,8 m. Circulación de agua a presión:
Donde:
V = Velocidad en m/seg.
D = Diámetro interior en m
,j = Pérdida de carga unitaria (macha /m, adimensional)
FÓRMULA DE DARCY
Para tuberías rugosas, diámetros entre 0,040 m y 0,50 m, velocidades comprendidas entre los 0,25
m/seg. Y 2,5 m/seg., con agua a presión.
Donde:
a = 0,000507 (para tubos de fundición en servicio) y 0,000254 (para tubos de fundición nuevos)
b = 0,000013 (para tubos de fundición en servicio y 0,0000065 (para tubos de fundición nuevos)
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FÓRMULA DE MAURICE LEVY (1867)
Para tuberías rugosas, con diámetros inferiores a 0,500 m y agua a presión (Recomendada para el
dimensionado de grandes secciones).
Donde:
C = 36,4 para tuberías de fundición nuevas.
C = 20,5 para tuberías de fundición en pleno servicio.
C = 26 para tubos de acero soldado, en pleno servicio.
V = Velocidad del agua.
D = Diámetro de la tubería
,j = Pérdida de carga unitaria.
FÓRMULA DE FLAMANT (1892)
Para tuberías rugosas, con diámetros inferiores a los 1,3 m y agua a presión (Recomendada para el
dimensionado de tuberías de pequeño diámetro).
Donde:
a = 0,00092 (para tubos de fundición en servicio) y 0,00074 (para tubos de fundición nuevos).
,j = Pérdida de carga unitaria de la conducción.
V = Velocidad de circulación del agua.
D = Diámetro de la tubería considerada.
FORMULA DE KUTTER
Para tuberías rugosas, en régimen turbulento
Donde:
m = 0,25 para tuberías nuevas, 0,35 para tuberías de acero en servicio y 0,10 para tuberías de
fibrocemento, acabados de interior pulidos, etc.
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V = Velocidad de circulación del agua.
D = Diámetro de la tubería.
,j = Pérdida de carga unitaria de la conducción.
FÓRMULA DE BAZIN
Para tuberías rugosas, régimen turbulento y agua a presión.
Donde:
g = 0,06 para tuberías de fibrocemento; 0,10 para tuberías de acero nuevas; 0,16 para tuberías de
fundición nuevas; 0,23 para tuberías de fundición en servicio; 0,36 para tuberías de fundición con
incrustaciones.
V = Velocidad de circulación del agua.
D = Diámetro interior de la conducción.
,j = Pérdida de carga unitaria en la conducción.
FÓRMULA DE MANNING
Para tuberías rugosas, régimen turbulento y agua a presión.
Donde:
n = 0,009 para tuberías de PVC; 0,0095 para tuberías de fibrocemento; 0,013 para tuberías de
fundición nuevas; 0,017 para tuberías de fundición en servicio; 0,013 a 0,017 para tuberías de
hormigón; 0,008 a 0,011 para tuberías de acero.
R = Radio hidráulico, que en el supuesto de conducciones con presión de sección circular tiene el
valor de D/4.
FÓRMULA DE HAZEN - WILLIAMS (1903)
Para tuberías rugosas con régimen en transición o turbulento y agua a presión (Recomendada para
diámetros cuyo valor oscila entre los 50 y 3.500 mm.).
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Donde:
V = Velocidad de circulación del agua.
D = Diámetro interior de la tubería.
,j = Pérdida de carga unitaria en la tubería.
C es un coeficiente que tiene los siguientes valores:
VALORES DE C
C
Material
135 a 150
152
150
140 a 155
150
148
150
Fundición nodular
Acero
Hormigón pretensado
Fibrocemento
Plástico o fibra de vidrio
Fundición laminar
PVC y PE
PERDIDAS DE CARGA
El valor de la rugosidad interna absoluta de los tubos y conexiones disminuye notablemente la
resistencia al desplazamiento de los fluidos.
CALCULO DE PERDIDA DE CARGA
Para el dimencionamiento correcto de una instalación es imprescindible calcular la carga o presión que
pierde el agua en vencer las resistencias que encuentra su desplazamiento. Estas resistencias pueden
ser continuas o localizadas. La suma de ambas determina la perdida de carga total
1. Pérdidas de carga continuas.
Las resistencias continuas son provocadas por el roce del fluido transportado contra las
paredes de la tubería.
Estas pueden ser calculadas por diversas formulas, dentro de las cuales la de “Darcy
Weisbach” es la internacionalmente utilizada. La formula es la siguiente:
R  J .I
Donde:
V2
J  .
2 gD
2. Pérdidas de carga localizadas.
Las principales resistencias localizadas son:



Los cambios de dirección y derivaciones – codos, curvas y te.
Los cambios de sección – reducciones de diámetro.
Paso del agua a través de las llaves de paso, grifos, etc.
Las resistencias han sido calculadas y tabuladas, estableciendo una relación entre la perdida
de carga de cada conexión o reducción respecto a la que tendría un tubo del mismo diámetro.
Por ejemplo un codo a 90º fusión, tiene una pérdida de carga “Z” equivalente a “X” metros de
tubo del mismo diámetro.
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Coeficiente de pérdida de carga para conexiones y reducciones “Coeficiente K”
CLASE DE ACCESORIO
1/2-3/4
MENOR A 1
MENOR A 4
Codo 90 c/R<5D
1.5
1
0.5
Codo 90 c/R>5D
0
0
0
Codo 90
2
1.5
1
Aumento de sección
1
1
1
Disminución de sección
0.5
0.5
0.5
Unión T directa
1
1
1
Unión T en derivación
1.5
1.5
1.5
Unión T confluencia
3
3
3
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS
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CUESTIONARIO WORK PAPER´s :
1. El siguiente sistema de riego formado por un tanque elevado y sus respectivas tuberías determine la
perdida de carga total, considerando que en los puntos 2, 3, 4, 5, 6,7 existen codos a 90º y además
se sabe que la longitud total de la tubería que conforma el sistema es de 350 Pts.
1
h
codo a 90º
2
H
7
3
4
5
6
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
WORK PAPER # 5
UNIDAD O TEMA: CIRCULACION DE AGUA EN CANALES
TITULO: FLUJO EN CANALES ABIERTOS
FECHA DE ENTREGA:
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PERIODO DE EVALUACIÓN:
FLUJO EN CANALES ABIERTOS
El flujo en canales abiertos tiene lugar cuando los líquidos fluyen por acción de la gravedad y solo
están parcialmente envueltos por un entorno sólido. En el flujo de canales abiertos el líquido que fluye
tiene superficie libre y sobre el no actúa otra presión que la debida a su propio peso y a la presión
atmosférica.
El flujo en canales abiertos también tiene lugar en la naturaleza, como en los ríos, arroyos, etc., si
bien, en general con secciones rectas de cauces irregulares. De forma artificial, es decir, construidas
por el hombre tiene lugar en los canales acequias y canales de desagüe. En la mayoría de los casos,
los canales tienen secciones rectas regulares y suelen ser rectangulares, triangulares o trapezoidales.
También tiene lugar el flujo en canales abiertos en el caso de conductos cerrados, como en tuberías
de sección recta circular, cuando el flujo no es a conducto lleno. En los sistemas de alcantarillado no
tiene lugar por lo general el flujo a conducto lleno y su diseño se realiza como canal abierto.
FLUJO UNIFORME Y PERMANENTE
El flujo uniforme y permanente comprende dos condiciones de flujo. El flujo permanente, como se
define para flujo en tuberías, se refiere a la condición según la cual las características del flujo en un
punto no varían con el tiempo. El flujo uniforme que se refiere a la condición según la cual la
profundidad, pendiente, velocidad y sección recta permanecen constantes en una longitud dada de
canal.
En el caso especial de flujo uniforme y permanente, la línea de alturas totales, la línea de alturas
piezométricas y la solera del canal son todas paralelas, es decir: son iguales sus pendientes. Esto no
es verdad para flujo permanente no uniforme.
FLUJO NO UNIFORME
El flujo no uniforme ocurre cuando la profundidad del líquido varía a lo largo de la longitud del canal
abierto. El flujo no uniforme puede ser permanente o no permanente, también puede clasificarse en
tranquilo, rápido o critico.
FLUJO LAMINAR
El flujo laminar en canales abiertos se dará para valores del numero de Reynolds Re de 2000 o
menores. El flujo puede ser laminar hasta Re= 10000. Para el flujo en canales abiertos. Re= 4RV/v.
Donde “R” es el radio hidráulico (área de la sección recta dividida por el perímetro mojado), “V” es la
velocidad de la corriente y “v” es la viscosidad cinemática.
FORMULA DE CHEZY
Para flujo uniforme y permanente se empleara la formula de Chezy:
V  C RS
Donde:
V = Velocidad media
C = Coeficiente
R = Radio hidráulico
S = Pendiente de la línea de alturas totales.
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El coeficiente “ C ” de la formula de Chezy se lo puede obtener aplicando cualquiera de las siguientes
expresiones:
C
8g
f
0.00155 1

S
n
C
n 
0.00155
1
 23 

S
R

23 
(Kutter)
1
1
C  R6
n
C
(Manning)
87
1 m R
(Bazin)
Donde:
En las expresiones de Kutter, Manning y Bazin, las letras: “ m y
determinados experimentalmente solo para el agua.
n ” son factores de rugosidad
En el esquema que se muestra a continuación se puede apreciar claramente las líneas de energía que
están involucradas con el flujo en canal abierto
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CUESTIONARIO WORK PAPER´s :
1. Por un canal rectangular ancho y liso con n = 0.009, circula agua a 15º C. con una profundidad
de 1.2 Pts. y con una pendiente de 0.0004. Comparar el valor de C obtenido por la formula de
Manning con el que da la aplicación de la expresión de Bazin.
2. Una tubería de hormigón de 600 mm de diámetro y con una pendiente de 1/400, transporta agua
con una profundidad de 240 mm. Determinar el caudal.
3. ¿Qué caudal puede alcanzarse en un canal revestido de cemento de 1.2 Pts. de ancho trazado
con una pendiente de 4 Pts. en 10000 Pts, si el agua circula con 0.6 Pts. de profundidad? Aplicar
los coeficientes C de Kutter y Manning.
4. En un laboratorio hidráulico se ha medido un caudal de 0.393 m 3/seg. En un canal rectangular
de 1.2 Pts. de ancho y 0.6 Pts. de profundidad. Si la pendiente del canal era de 0.0004 ¿Cuál es
el factor de rugosidad para el revestimiento del canal?
5. ¿Con que pendiente se trazara una tubería de 60cm de diámetro para que circulen 0.170
m3/seg., cuando la tubería este semillena? ¿Cuál será la pendiente si la tubería esta
completamente llena?, utilice: n =0.013
PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD
DIF´s # 3.
UNIDAD O TEMA: CIRCULACION DE AGUA EN CANALES
TITULO: AFORADOR PARSHALL
FECHA DE ENTREGA:
PERIODO DE EVALUACIÓN:
Modelo de Flujo Gradualmente Variado en Canales Abiertos
Objetivos.Es determinar el perfil del flujo en canales bajo régimen de flujo gradualmente variado en canales
abiertos para ser utilizado y manejado en el caso de crecidas por ejemplo.
Introducción.El flujo en canales abiertos según el cambio de la profundidad del flujo en función del tiempo puede
clasificarse en:
Escurrimiento permanente. El escurrimiento en un canal abierto se dice que es permanente si la
profundidad del escurrimiento no cambia o si se supone que es constante durante el intervalo de
tiempo considerado.
Escurrimiento no permanente. Es de este tipo si la profundidad varía gradualmente a lo largo de la
longitud del canal con el tiempo.
El desarrollo de la teoría del flujo gradualmente variado data desde el siglo dieciocho. Todas las
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teorías desarrolladas se apoyan sobre las siguientes hipótesis básicas:
a) La perdida de altura en una sección es la misma que la de un flujo uniforme teniendo la velocidad y
radio hidráulico de una sección.
De acuerdo a esta hipótesis la formula de flujo uniforme se puede usar para evaluar la pendiente d
al energía de un flujo gradualmente variado en una sección dada del canal, y el correspondiente
coeficiente de rugosidad desarrollado primariamente par flujo uniforme es aplicable al flujo variado.
Esta hipótesis no ha sido nunca confirmada precisamente por experimentos o teorías, pero los
errores debido a ello se cree que sean pequeños comparados con los envueltos ordinariamente en
el uso de una formula de flujo uniforme y en la selección del coeficiente de rugosidad. A lo largo de
años de uso esta hipótesis ha probado ser una base adecuada para el diseño. La hipótesis es
indudablemente correcta para el flujo variado donde la velocidad aumenta que donde la velocidad
disminuye porque en un flujo de velocidad creciente la perdida de altura es causada casi
enteramente por efectos friccionantes, mientras que en el flujo de velocidad decreciente habrá
perdidas por remolinos de gran escala.
En adición a las hipótesis básicas dadas arriba las siguientes hipótesis también serán utilizadas
donde sea necesario una simplificación posterior en las discusiones subsiguientes.
b) La pendiente del canal es pequeña; así que:
1. La profundidad del flujo es la misma si se usa una dirección vertical o normal al fondo del
canal.
2. El factor de corrección de la presión cos(θ) es igual a la unidad.
3. No ocurre arrastre de aire. En caso de notable arrastre de aire el calculo puede ser hecho
suponiendo que no hay arrastre y entonces corregirlo aproximadamente al final usando la
ecuación siguiente:
c) El canal es prismático; es decir, el canal tiene alineamiento y forma constante.
d) La distribución de la velocidad en la sección del canal esta fijada. Así los coeficientes de distribución
de la velocidad son constantes.
e) El transporte K y el factor de sección Z son funciones exponenciales de la profundidad del flujo.
f) El coeficiente de rugosidad es independiente de la profundidad del flujo y es constante a través del
tramo del canal en consideración.
A continuación se muestran diferentes secciones transversales de canales abiertos:
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FACULTAD DE CIENCIAS AGRÍCOLAS Y PECUARIAS
TAREA DEL DIF´s:
1.
Se sabe que el flujo en canales abiertos puede clasificarse en varios tipos, como ser: flujo
estable uniforme, flujo uniformemente variado, flujo no uniforme variado, flujo variado rápidamente
y flujo variado gradualmente. Considerando las características de cada uno de los diversos flujos
en canales analice cual pudiera ser el flujo ideal en un canal dimensionado para el riego, efectué
un debate y discuta el tema con sus compañeros.
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