formato ensayo hidraulica 1

7/21/2019 Formato Ensayo Hidraulica 1

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Asignatura: Hidráulica Básica

Ensayo Descriptivo

“Hidráulica Experimental”

Estudiante: Brandon A. Almonte Meza

Docente: Dr. Marco Santiago González

Instituto Tecnológico de Durango

Ingeniería Civil

Durango, Dgo.

ovie!"re #$%



Contenido 2

Resumen

&os pri!eros tra"a'os so"re Hidráulica de los (ue se conservan desde )ace !uc)os

a*os. El tratado de Ar(uí!edes so"re &os Cuerpos +lotantes escrito en el a*o #$

a.n.e. Es considerado el pri!er tra"a'o cientí-ico so"re la Hidráulica. or el a*o %$$ de laera /e0to 1ulio +rontino el co!isionado de aguas de 2o!a y su ingeniero principal

durante el desarrollo del i!perio 2o!ano, en la cuenca del 3editerráneo se e'ecutaron

nota"les o"ras de acueducto: &a propia capital 2o!a, esta"a provista por !edio de

varios acueductos y la cloaca !á0i!a (ue se construyó co!o conducción principal de las

aguas residuales de la ciudad, (ue se )a estado utili4ando )asta )ace pocos a*os.

Palabras clave: Prototipo, Modelos análogos, Similitud inámica, Similitud

!inemática, "#mero de Re$nolds, "#mero de %roude, Similitud sedimentol&gica'

Prototipo: persona o cosa (ue re5ne en grado !á0i!o las características principales de

cierto tipo de cosas y puede representarlas.

Modelos análogos: representación !aterial de un o"'eto o un proceso para entender

!e'or su origen, -or!ación o -unciona!iento.

Similitud inámica: &a si!ilitud diná!ica entre dos siste!as geo!6trica y

cine!ática!ente si!ilares, re(uiere (ue la ra4ón de todas las -uer4as )o!ólogas

7incluyendo la -uer4a de inercia8 en los dos siste!as sea la !is!a.

Similitud !inemática: &a si!ilitud cine!ática i!plica si!ilitud en el !ovi!iento. Esto

i!plica si!ilitud de longitud 7esto es si!ilitud geo!6trica8 y en adición si!ilitud de

intervalos de tie!po.

/antiago 9on4ále4 3arco Durango Dgo. ovie!"re #$%

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http://www.ecured.cu/Imperio_Romano

http://www.ecured.cu/Mediterr%C3%A1neo

http://www.ecured.cu/Roma

http://www.ecured.cu/index.php?title=Acueductos&action=edit&redlink=1




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http://www.ecured.cu/Roma





"#mero de Re$nolds: nu!ero adi!ensional utili4ado en !ecánica de -luidos, dise*o de

reactores y -enó!enos de transporte para caracteri4ar el !ovi!iento de un -luido.

"#mero de %roude: nu!ero adi!ensional (ue relaciona el e-ecto de las -uer4as de

gravedad (ue act5an so"re un -luido.

Similitud sedimentol&gica: A"arca !uc)os aspectos seg5n sea el caso del !odelo en

estudio, tales co!o el proceso de sedi!entación en sí 7erosión, transporte, deposición,

concentración de sedi!ento, ondas sedi!entarias, etc.8

!ontenidoPág'

Resumen''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''(((

)ista de *iguras''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''+(

)ista de tablas''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''+((

)ista de Smbolos $ abreviaturas'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''+(((

( ("-R./!!(."'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 0

(( ES1RR.)).''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''#.% +unda!entos Teoricos..........................................................................................

#.%.% 3odelacion Hidraulica..............................................................................#.%.% /i!ilitud geo!6trica, cine!ática y diná!ica.............................................#.%.# &eyes de /i!ilitud. Condiciones de +roude, 2eynolds y Euler.................;

#.# Aplicación a Ingeniería Civil...................................................................................#. <tra Aplicación a Ingeniería Civil........................................................................... =




)ista de tablas

Pág'-abla 260: articipación de las energías renova"les pri!aria %;..................................-abla 262: Ta"la Cual(uiera............................................................................................?

ota: si es necesario es posi"le incluir una lista de cuadros, en caso (ue se utilicen en eldesarrollo de la tesis o tra"a'o de investigación.

)ista de Smbolos $ abreviaturas




7 Título de la tesis o tra"a'o de investigación

Smbolos con letras latinas

Smbolo -8rmino /nidad S( e*inici&n

A rea!#

∬dxdy

ABET rea interna del sólidom

2

g ver DI I/< >#==

Ag rea transversal de la -ase gaseosa !# Ec. .#

As rea transversal de la carga a granel !#

Ec. .? A Coe-iciente % Ta"la %

A Contenido de ceni4a% mceniza

mbmǪ

C Contenido de car"ono% mC

m

C &ongitud de la cuerda 3 +igura ;

C Concentración de la cantidad de !ateriamol

m3

n

V

D Diá!etro 3

E A Energía de activaciónkJ

mol Ec. .=

F +racción de !aterial volátil % ver DI %=#$

Fr 5!ero de +roude% w

2

R

g0

Aceleración de la gravedadm

s2

d2r

dt 2

H Carga de Energía ! U + PV

H 0s oder calorí-ico superior MJ

Kg ver DI %=

H Coe-iciente de )idrógeno% m H

m

K Coe-iciente de e(uili"rio % Ec. #.L &ongitud 3 DF




Smbolo -8rmino /nidad S( e*inici&nL &ongitud del reactor 3 +igura ;Q 9asto o Caudal !@s 1. LT T Te!peratura F DF T Tie!po s DF

x i +racción de la cantidad de !ateria

% ni

n

V Golu!en!

∫dr3

u Gelocidadm

s dr

dt , r

dv

dt ,

dz

d t

w i +racción en !asa del co!ponente i% mi

mO

W W,i Contenido de )u!edad de la sustancia i

% m H 2O

mi ,O

Z +actor de gases reales% pv

R

Smbolos con letras griegas




( ("-R./!!(."

osotros los )u!anos con el aprovec)a!iento del recurso del agua, (ue sie!pre)a sido -unda!ental para cada uno de los seres vivos (ue con-or!a!os elplaneta tierra, serian pocas las posi"ilidades de no e0istir.

ero )ace a*os o siglos atrás la )u!anidad )a podido -unda!entar la Hidráulicaen el conoci!iento cientí-ico inter y !ultidisciplinario. 9racias a esto en laactualidad e0iste el conoci!iento teórico y e0peri!ental de cada uno de los-enó!enos de la )idráulica. ero así co!o la )u!anidad )a sido capa4 de -or!ar etas teorías, día con día se presentan nuevos retos y nuevas restricciones en lasolución o en la i!ple!entación de nuevas y novedosas o"ras )idráulicasre(ueridas para la solución de pro"le!as en el á!"ito rural co!o ta!"i6n en elá!"ito ur"ano.

&a )idráulica se li!ita en cuestiones 5tiles para la )u!anidad y se apoya de lae0peri!entación y de esta saca los ele!entos necesarios para la solución de





pro"le!as o los nuevos retos, con apoyo de la e0peri!entación. Esta ciencia norecurre a un ca!ino estricta!ente analítico si no a un e0peri!ental por esoresulta a ser no e0acta si no !edio teórica, !edio e0peri!ental.

Dentro de los en-o(ues de la )idráulica se presenta un te!a )idráulica

e0peri!ental a lo cual está en-ocado este docu!ento.

(( ES1RR.)).'

Hidráulica 9eneral: /e ocupa del desarrollo teórico de -ór!ulas, teore!as y criterios

necesarios para la resolución de los pro"le!as prácticos (ue se le presentan alingeniero.

Esta a su vez se subdivide en:

• Hidrostática

• Hidrocinemática

• Hidrocinética

Enfoques: hidráulica empírica, hidráulica teórica, hidráulica aplicada, hidráulica

experimental.




2'0 %undamentos -e&ricos'

Hidráulica e0peri!ental (ue "usca desarrollar !odelos -ísicos en la"oratorios para tratar

de si!ular la realidad y dar alternativas de !ane'o para los prototipos o casos reales.

2'0'0 Modelaci&n Hidráulica

3uc)os de los -enó!enos (ue ocurren en la naturale4a y dentro del ca!po de la

)idráulica son tan co!ple'os (ue no es -ácil tratarlos 5nica!ente con !6todos

!ate!áticos. or lo anterior es conveniente recurrir al e!pleo de t6cnicas

e0peri!entales, co!o )erra!ienta en la o"tención de soluciones prácticas, aplicadas apro"le!as de ingeniería, estuarios, -luvial y o"ras )idráulicas en general.

Algunas de las aplicaciones !ás co!unes se presentan en: estudios de propagación de

olea'e, acción de !areas y corrientes, !ovi!iento de sedi!entos, esta"ilidad de

estructuras su'etas a la acción del olea'e, e-ecto de estructuras en protección de playas,

acción del olea'e so"re e!"arcaciones atracadas o en !ovi!iento, propagación de

!areas, -unciona!iento de estuarios, erosión y sedi!entación de cauces, control de

avenidas, o"ras de to!a, cárca!os de "o!"eo, vertederos, conducción de agua a

presión, di-usión t6r!ica y desec)os, etc.

Modelos matemáticos'

El con'unto de )ipótesis y relaciones de las varia"les (ue descri"en un -enó!eno,

constituyen un !odelo !ate!ático 7ecuaciones8, (ue conduce a un pro"le!a

!ate!ático (ue es necesario resolver !ediante apropiadas t6cnicas.

En la !ayoría de los casos las ecuaciones (ue rigen los -enó!enos -ísicos a considerar

no pueden resolverse analítica!ente, por lo (ue es necesario utili4ar !6todos

apro0i!ados !ediante un proceso de co!putación, siendo los !ás utili4ados los

!6todos de ele!entos -initos y el de di-erencia -initas. El pri!ero )ace discreto el !edio





en (ue tiene lugar el -enó!eno en estudio utili4ando co!5n!ente una red de triángulos,

!ientras (ue el segundo utili4a una red de rectángulos, (ue es !enos co!plicada, y

proporciona una descripción su-iciente de los contornos. &a esencia de 6ste !6todo de

di-erencia -initas, es sustituir los siste!as de ecuaciones di-erenciales parciales (ue rigen

el -enó!eno en estudio, por siste!as de ecuaciones alge"raicas proporcionando valoresen los puntos de la !alla !ediante la solución de !6todos e0plícitos e i!plícitos.

Modelos análogos'

Dos -enó!enos -ísicos de di-erente naturale4a se lla!an analógicos si las ecuaciones

(ue los descri"en se e0presan con -or!as !ate!áticas id6nticas, a5n cuando los

sí!"olos de cada una de ella tengan signi-icado di-erente. Es co!5n (ue uno de los dos

-enó!enos sea de !enor di-icultad, por lo (ue 6ste se e!plea para resolver el otro. &o

anterior o-rece una posi"ilidad de resolver pro"le!as )idráulicos a "ase de !ediciones

)ec)as so"re un -enó!eno análogo, siendo los !ás co!unes:

Analogía entre un -lu'o a trav6s de !edios per!ea"les y -lu'o la!inar en capas

delgadas 7!odelos de Hele/)a8.

Analogía entre -lu'o la!inar y -lu'o tur"ulento.

Analogía entre un -lu'o a trav6s de !edios per!ea"les y la de-or!ación de una

placa elástica "a'o carga.

Analogía el6ctrica y otros -enó!enos -ísicos 7 co!o )idráulicos, !ecánicos,

etc.8.

Modelos *sicos reducidos'

El uso de !odelos -ísicos a escala reducida, lla!ados si!ple!ente !odelos )idráulicos,

i!plica (ue 6stos de"en ser se!e'antes al prototipo, para lo cual de"e satis-acerse lasleyes de si!ilitud 9eo!6trica, Cine!ática y Diná!ica, (ue en con'unto relacionan

!agnitudes -ísicas )o!ólogas de-inidas entre a!"os siste!as.

Cuando se va a reali4ar una co!paración con respecto a la si!ilitud geo!6trica se

de-inen puntos )o!ólogos so"re los cuales se de-inen !agnitudes tales co!o velocidad,




presión, etc. de igual !anera se de-inen lados, super-icies y vol5!enes )o!ólogos. &a

si!ilitud geo!6trica i!plica una relación constante para cual(uier longitud &, esta

relación es deno!inada escala de líneas de longitudes.

%igura 260: &ocali4ación 9eográ-ica de la localidad de Tayotitas Dgo.

2'0'2 )e$es de Similitud' !ondiciones de %roude,Re$nolds $ Euler'

%igura 262: ortada





2'2 Similitud ;eom8trica, inámica $ !inemática'

ara asegurar (ue el !odelo represente adecuada!ente al prototipo, es necesario (ue

a(uel sea !ecánica!ente si!ilar con 6ste, es decir, e0ista si!ilitud geo!6trica,

cine!ática y diná!ica, ade!ás de las si!ilitudes relacionadas con los sedi!entos.

Similitud geom8trica

Esta si!ilitud es independiente de la clase de !ovi!iento y conte!pla sólo si!ilitud en la

-or!a. &a propiedad característica de los siste!as geo!6trica!ente si!ilares, ya sea

-iguras planas, cuerpos sólidos o !odelos de -lu'o, es (ue la relación de cual(uier

longitud en el !odelo con respecto a la longitud correspondiente en el prototipo, es en

todas partes igual. Esta relación se conoce co!o -actor de escala y puede e0presarse

co!o sigue: &r J &3 @ &. /iendo &3 y &p di!ensiones lineales correspondientes en

!odelo y prototipo, respectiva!ente y &r -actor de escalas. Entonces:

&a si!ilitud geo!6trica es (ui4á el re(uisito !ás o"vio en un siste!a !odelo proyectado

para corresponder a un siste!a prototipo dado. /in e!"argo, la si!ilitud geo!6trica

per-ecta no sie!pre es -ácil de o"tener. o sólo de"ería ser la -or!a general del !odelo

geo!6trica!ente si!ilar a la del prototipo, sino (ue ta!"i6n de"erían ser

geo!6trica!ente si!ilares las inevita"les rugosidades de la super-icie. En un !odelo




pe(ue*o la rugosidad super-icial podría no ser reducida de acuerdo con el -actor de

escala a !enos (ue las super-icies del !odelo se pudieran )acer !uc)o !ás pulidas

(ue las del prototipo.

Similitud cinemática

&a si!ilitud cine!ática i!plica si!ilitud en el !ovi!iento. Esto i!plica si!ilitud de

longitud 7esto es si!ilitud geo!6trica8 y en adición si!ilitud de intervalos de tie!po.

Entonces, ya (ue las longitudes correspondientes se encuentran en una relación -i'a, las

velocidades de las partículas correspondientes de"en estar en una relación -i'a de

!agnitudes de tie!pos correspondientes.

Cuando los !ovi!ientos de los -luidos son cine!ática!ente si!ilares, los patrones

-or!ados por líneas de corriente son geo!6trica!ente si!ilares en los tie!pos

correspondientes. Ka (ue los lí!ites consisten de líneas de corriente, los -lu'os

cine!ática!ente si!ilares sólo son posi"les a trav6s de lí!ites geo!6trica!ente

si!ilares. o o"stante esta condición no es su-iciente para asegurar la si!ilitud

geo!6trica, a cierta distancia a partir de los lí!ites, de los patrones de líneas de corriente

por tanto los lí!ites geo!6tricos si!ilares no es necesario (ue i!pli(uen -lu'os si!ilares

de !anera cine!ática.

Similitud dinámica

&a si!ilitud diná!ica entre dos siste!as geo!6trica y cine!ática!ente si!ilares,

re(uiere (ue la ra4ón de todas las -uer4as )o!ólogas 7incluyendo la -uer4a de inercia8 en

los dos siste!as sea la !is!a.

Así tene!os -uer4as (ue act5an en -or!a !íni!a co!parada con la -uer4a actuante

predo!inante y otras -uer4as no act5an seg5n el caso (ue se est6 tratando. En la

práctica, el !ovi!iento de un -luido puede ser reproducido "uscando en el !odelo la

si!ilitud de sólo una de las -uer4as de la ecuación.

&os pro"le!as de o"ras )idráulicas y de ingeniería -luvial go"ernados por -lu'o li"re son

do!inados por las -uer4as de gravedad. &a ley de se!e'an4a en este caso, lla!ada





se!e'an4a de +roude, garanti4a (ue esta -uer4a en su proporción con la resultante, se

reprodu4ca correcta!ente en el !odelo.

Similitud sedimentol&gica

A"arca !uc)os aspectos seg5n sea el caso del !odelo en estudio, tales co!o elproceso de sedi!entación en sí 7erosión, transporte, deposición, concentración de

sedi!ento, ondas sedi!entarias, etc.8 Con las velocidades de caída en el prototipo se

deter!ina la velocidad correspondiente en el !odelo y con 6sta se deter!ina el diá!etro

de las partículas en el !odelo, con esto se garanti4a (ue estas partículas caen con una

velocidad )o!óloga con su correspondiente del prototipo.

&eyes de /i!ilitud. 5!ero de +roude, 2eynolds y Euler.

Descri"i!os la locali4ación geográ-ica de la localidad

-abla 260: articipación de las energías renova"les pri!aria %;.

2egión

articipación en el su!inistro de energía pri!aria @ L 73toe8%

Energías

renova"lesarticipación de la "io!asa

&atinoa!6ric

a#,> 7%;$8 ?#,; 7=,;8

Colo!"ia #=,= 7=,?8 ;,; 7;,%8

Ale!ania , 7%,#8 ?, 7,=83undial %,% 7%;$%,$8 =>,; 7%%%;,8

% % Mg oe=%$$$$ Mcal=;%,? 31




%igura 26: +igura Cual(uiera

%igura 263: <tra +igura





-abla 262: Ta"la Cual(uiera.

2egión

articipación en el su!inistro de energía pri!aria @ L 73toe8%

Energías

renova"lesarticipación de la "io!asa

&atinoa!6ric

a#,> 7%;$8 ?#,; 7=,;8

Colo!"ia #=,= 7=,?8 ;,; 7;,%8 Ale!ania , 7%,#8 ?, 7,=8

3undial %,% 7%;$%,$8 =>,; 7%%%;,8% % Mg oe=%$$$$ Mcal=;%,? 31

<TA: en el caso en (ue el contenido de la ta"la o cuadro sea !uy e0tenso, se puedeca!"iar el ta!a*o de la letra, sie!pre y cuando 6sta sea visi"le por el lector.




2' .tra 1plicaci&n a (ngeniera !ivil'

((( !."!)/S(."ES 4 RE!.ME"1!(."ES'

!onclusiones

&as conclusiones constituyen un capítulo independiente y presentan, en -or!a lógica, los

resultados del tra"a'o. &as conclusiones de"en ser la respuesta a los o"'etivos o

propósitos planteados. /e de"en titular con la pala"ra conclusiones en el !is!o -or!ato

de los títulos de los capítulos anteriores 7Títulos pri!er nivel8, precedida por el nu!eral

correspondiente 7seg5n la presente plantilla8.

&as conclusiones de"en conte!plar las perspectivas de la investigación, las cuales son

sugerencias, proyecciones o alternativas (ue se presentan para !odi-icar, ca!"iar o

incidir so"re una situación especí-ica o una pro"le!ática encontrada. ueden





presentarse co!o un te0to con características argu!entativas, resultado de una re-le0ión

acerca del tra"a'o de investigación.

Recomendaciones

/e presentan co!o una serie de aspectos (ue se podrían reali4ar en un -uturo para

e!prender investigaciones si!ilares o -ortalecer la investigación reali4ada.

(+ RE%ERE"!(1S'

<ibliográ*icas

/otelo, A. 9.7%>=?8. Hi!r"#li$% &'('r%l ) V*l. 1 F#(!%'(*s.- / '!.. 360ico D. +,&I3N/A /.A.

Gergara, 3. A. 7%>;8. T$(i$%s !' 2*!'l%$i3( '( Hi!r"#li$% -4 / '!.. 360ico D.+. Al-a<!ega /.A.

Electr&nicass

3e'ía, 9. +. 1. &a +unción +uer4a Especí-ica en Canales7#$$;8. 2ecuperado el #$novie!"re del #$%, de)ttp:@@-luidos.eia.edu.co@)idraulica@li"re@+uncionO-uer4aOespeci-icaOenOcanales.pd-

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/libre/Funcion_fuerza_especifica_en_canales.pdf

http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/libre/Funcion_fuerza_especifica_en_canales.pdf

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