HIDRULICA BSICA Semestre 2016-1

Hidrulica Bsica

Gerardo Ruiz Solorio grs@unam.mx Tel. 5622 3899 ext. 44166 Edificio U, Facultad de Ingeniera, UNAM Departamento de Hidrulica, Estudios de Posgrado

TEMARIO

1

2

3

4

Propiedades de los lquidos

Hidrosttica

Fundamentos para el anlisis de flujos

Anlisis del volumen finito de control

5

6

7

Similitud hidrulica

Prdidas de energa en conductos a presin

Anlisis hidrulico de sistemas de tubos

TEMARIO

1 Propiedades de los lquidos

1. Caractersticas generales

2. Fuerzas que actan en un lquido. Concepto de presin

3. Propiedades de lquidos: densidad, peso especfico, viscosidad, compresibilidad, presin de vaporizacin, tensin superficial y capilaridad

TEMARIO

2 Hidrosttica

1. Ley de Pascal

2. Presin absoluta y relativa. Dispositivos para medir la presin

3. Empuje hidrosttico sobre superficies planas y curvas

4. Principio de Arqumedes

5. Conceptos de flotacin

TEMARIO

Fundamentos para el anlisis de flujos

1. Velocidad segn los enfoques Lagrangiano y Euleriano

2. Lneas que caracterizan al flujo

3. Velocidad media, flujo de masa y caudal

4. Aceleracin

5. Rotacional

6. Clasificacin de los flujos

7. Mtodos de anlisis: integral, diferencial, teora del potencial. Mtodo experimental

8. Ecuaciones de Euler y Bernoulli sobre una lnea de corriente. Dispositivos sencillos de medicin y de aforo

3

TEMARIO

Anlisis del volumen finito de control

1. Principio de conservacin de la masa

2. Principio de la energa. Forma general de la ecuacin, formas simplificadas. Caractersticas de las prdidas de energa. Interpretacin y aplicacin de la ecuacin. Flujos a presin: orificios de pared delgada y gruesa, sifones y tuberas. Chorro lquida en cada libre. Flujos a superficie libre: vertedores de pared delgado y gruesa, canales.

3. Principio del impulso y cantidad de movimiento. Ecuacin de la cantidad de Movimiento. Ecuacin del momento de la cantidad de movimiento. Interpretacin y aplicacin.

4. Los coeficientes de Coriolis y Boussinesq. Forma integral y numrica

5. Frmula de Borda-Carnot.

4

TEMARIO

Similitud hidrulica

1. Similitud geomtrica, cinemtica y dinmica

2. Condiciones de Froude, Reynolds y Euler

3. Laboratorio de hidrulica

5

TEMARIO

Prdidas de energa en conductos a presin

1. Experiencias de Reynolds

2. Frmula de Darcy-Weisbach. Factores que influyen en la resistencia al flujo

3. Ecuaciones de Nikuradse y de Colebrook-White

4. Diagrama universal de Moody

5. Otras ecuaciones para el clculo del factor de friccin

6. Prdidas locales

7. Dispositivos medidores de gasto

6

TEMARIO

Anlisis hidrulico de sistemas de tubos

1. Tubos en serie

2. Tubos en paralelo

3. Redes abiertas

4. Redes cerradas

7

REFERENCIAS

1. White, F. M. Mecnica de fluidos McGraw-Hill, 2010 Mxico

2. Streter, V. L. y Wyle, E. B. Mecnica de los fluidos McGraw-Hill, Octava edicin Mxico

REFERENCIAS

3. Munson, B.R., Younn, D.F. y Okiishi, T.H. Fundamentos de mecnica de fluidos Limusa-Wiley, 2002 Mxico

4. Potter, M. C. y Wiggert, D.C. Mecnica de fluidos Thomson, 2002 Mxico

REFERENCIAS

5. Sotelo vila, Gilberto Hidrulica general Limusa, 1999 Mxico

6. Mataix, Claudio Mecnica de fluidos y mquinas hidrulicas Alfaomega y Oxford Mxico

Calificacin

60 % Exmenes 30 % Tareas, participacin y exposicin 10 % Laboratorio

Riqueza de una nacin

1. Nmero de individuos (?).

2. Recursos naturales.

3. Desarrollo social. 3.1 Educacin 3.2 Seguridad 3.3 Estabilidad

4. Desarrollo econmico.

5. Conciencia social.

Poblacin

1

10

100

1000

10000

Po

bla

ci

n M

un

dia

l

(mil

lon

es)

Ao

Edad de Bronce

Edad de Hierro

Cada de Roma

Peste

Revolucin Industrial

Densidad poblacional

Personas por km2

Ciclo hidrolgico del agua

Ciclo hidrolgico del agua

Temperatura

Calentamiento Global

Distribucin del Agua

REGIN POBLACIN (%) RECURSOS HIDRULICOS (%)

Asia 60 36

Europa 13 8

frica 13 11

Norteamrica 7 15

Suramrica 6 25

Oceana 1 5

Precipitacin global

Distribucin del Agua

REGIN POBLACIN (%) RECURSOS HIDRULICOS (%)

Asia 60 36

Europa 13 8

frica 13 11

Norteamrica 7 15

Suramrica 6 25

Oceana 1 5

01000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020

Ao

Co

ns

um

o d

e A

gu

a (

km

3/a

o

)

Domstico Industrial Agrcola Total

Agua virtual

Agua virtual

Importacin 106 m3/ao

Exportacin 106 m3/ao

Balance 106 m3/ao

Mxico 7,681 3,339 4,342

Agua virtual

70 litros de agua por una manzana

40 litros de agua por una rebanada de pan

10 litros de agua por una hoja de papel

50 litros de agua por una naranja

120 litros de agua por una copa de vino

140 litros de agua por una taza de caf

Agua virtual

2,500 litros de agua por un kilogramo de coco

250 litros de agua por un huevo

2,400 litros de agua por una hamburguesa

1,000 litros de agua por un litro de leche

900 litros de agua por un kilogramo de maz

1,300 litros de agua por un kilogramo de trigo

Agua virtual

3,400 litros de agua por un kilogramo de arroz

16,000 litros de agua por un kilogramo de piel

15,000 litros de agua por un kilogramo de carne

5,000 litros de agua por un kilogramo de queso

3,900 litros de agua por un kilogramo de pollo

2,700 litros de agua por una camisa de algodn

Ro Nilo

Ro Nilo

Ro Amazonas

Ro Amazonas

Ro Amazonas

Ro Mississippi

Delta Ro Mississippi

Ro Yangtze

Ro Yangtze

Localizacin geogrfica de Mxico en el Mundo

Localizacin y extensin territorial de Mxico

Extensin territorial

rea total: 1 964 375 km2

Tierra interna: 1 959 248 km2

Islas: 5 127 km2

Extensin martima

rea total: 3 149 920 km2

Ocano Pacfico: 2 320 380 km2

Golfo de Mxico y Mar Caribe: 829 540 km2

Longitud de la lnea costera

Longitud total 11 122 km

Ocano Pacfico 7 828 km

Golfo de Mxico y Mar Caribe 3 294 km

Fronteras Internacionales

Estados Unidos de Norteamrica 3 152 km

Guatemala 956 km

Belice 193 km

Condicin de la explotacin de los acuferos de la Repblica Mexicana

Disponibilidad de agua subterrnea

Sequa

Distribucin de los usos del agua en Mxico

Volmenes por regin administrativa (millones de m3)

Agrcola Industria Domstico Plantas termoelctricas

Ro Balsas

Ro Lerma-Santiago

Ro Bravo

Ro Usumacinta

Ro Yaqui

78 Centrales

9 619 MW Instaladas

28 500 GWh Generacin Anual Media

500 MW

50 500 MW

< 50 MW

HIDROELCTICAS INSTALADAS EN OPERACIN

AGUASCALIENTES

NAYARIT

EQ. LZARO CRDENAS

EQ. LUIS L. LEN

TEPOA

REB. EL DESCANSO

TUFANITOLA DURA

FAUSTINO

COLIMA

EDO. MEXICO

ROO

TABASCOPUEBLA

QUER

ETAR

O

MORELOS

HIDALGO

PACFICO

OCANO

GOLFO DE MXICO

CAMPECHE

QUINTANA

YUCATAN

CHIAPAS

OAXACAGUERRERO

MICHOACAN

GUAN

AJUA

TOJALISCO

SAN LUIS POTOSI

TAMAULIPASZA

CATE

CAS

SINALOA

DURANGO

LEON

NUEVO

COAHUILA

CHIHUAHUA

BA

JA C

ALIFO

RN

IA S

UR

BA

JA C

ALIFO

RN

IA N

OR

TE

SONORA

EQ. CUCHARAS

MASCOTA (EL CARRIZO)

EQ. SANTA MARA

LA MCURA

BAJO BALSAS

TATALTEPEC

CUANAN

INDEPENDENCIACOLORADO

REFORMA

EL TIGRE

ATOYAQUILLO

ACALA

SANTA ELENA

LIVINGSTONEALTAMIRANO

STO. DOMINGO

CHINN

AMPLIACIN EL RETIRO

EQ. LAS ADJUNTAS

LAS MINAS II

REB. MONTERREY

< 50 MW

> 500 MW

ENTRE 50 - 500 MW

VERACRUZ

D.F.

EQ. LA ANGOSTURA

TLAX.

RPIDAS

REB. AGUA PRIETAMASCOTA (CORRINCHIS)

PUERTO VALLARTA

PROYECTOS EN PREFACTIBILIDAD

POTENCIAL HIDROELCTRICO NACIONAL

SONORA

BAJA C

ALIFO

RN

IA N

OR

TE

BA

JA C

ALIFO

RN

IA SUR

CHIHUAHUA

COAHUILA

NUEVO

LEON

DURANGO

SINALO

A

ZACA

TECA

S

TAMAULIPAS

SAN LUIS POTOSI

JALISCO

GUAN

AJUA

TO

MICHOACAN

GUERRERO OAXACA

CHIAPAS

YUCATAN

QUINTANA

CAMPECHE

GOLFO DE MXICO

OCANO

PACFICO

HIDALGO

MOR ELOS

QU

ERET

ARO

PUEBLA

TABASCO

ROOED O. MEXICO

AGU ASC ALIENTES

COLIMA

ATEXCACO

MADERA

AGUA PRIETA

XUCHILES

SOYOPA

EL MEZQUITE

SAN JUAN TETELCINGOITZANTUN

AMP. LA VILLITA

EQ. TROJES

NUEVO TUXPANGOEQ. CHILATAN

EQ. SAN RAFAELNAYARIT

PROYECTOS CON ESTUDIOS DE FACTIBILIDAD

POZOLILLO

SAN FRANCISCOARROYO HONDO

AMP. SANTA

OSTUTLA

EQ. EL GALLO

OMITLAN

IXTAYUTLA

EQ. TRIGOMIL

AMP. MOCZARIAMP. OVICHIC

< 50 MW

ENTRE 50 - 500 MW

> 500 MW

VERACRUZ

D .F.

TLAX.

AMP. ZIMAPNROSA

TECATE CONVENCIONAL

REPOTENCIACION INFIERNILLO

LA YESCA

PROYECTOS EN FACTIBILIDAD

POTENCIAL HIDROELCTRICO NACIONAL

92 000

AGRCOLA

5,5 %

115 000

SERVICIOS

3,2 %

2 368 000

COMERCIAL

6,7 %

106 000

INDUSTRIAL

59,7 %

20 236 000

DOMSTICO

24,9 %

USUARIOS: 23 000 000

CONSUMO 2012: 169,3 TWH

USUARIOS (MILES)

CONSUMO POR SECTOR 2012

CAPACIDAD DE GENERACIN POR FUENTE

Generacin por tipo de tecnologa

Nueva generacin limpia (NGL): ciclo combinado y carboelctrica con captura y secuestro de CO2; nucleoelctrica, eoloelctrica, solar o importacin de capacidad.

Centrales terminadas o en proceso de construccin

Requerimientos de capacidad adicional 2014-2019

161 kV, 138 kV, 69 kV, 34.5 kV y 13.8 kV 115 kV 230 kV 400 kV

39,177 km de lneas de transmisin 115-400 kV

Subestaciones 155,940 MVA

TRANSMISIN Y DISTRIBUCIN

PRESA EL CAJN, RO SANTIAGO, NAYARIT

PRESA EL CAJN, RO SANTIAGO, NAYARIT

PLANTA HIDROELCTRICA, LA YESCA

PRESA EL CAJN, RO SANTIAGO, NAYARIT

Distritos de riego

Ro Churubusco

Ro La Piedad

Ro Consulado

Ro de los Remedios

Zcalo

Chapultepec

Aeropuerto

Lago de Texcoco

Emisor Central

Emisor Poniente

Gran Canal de Desage

Vaso de CRISTO

Tnel Emisor Oriente (TEO)

Modelos hidrulicos

Aplicaciones de la hidrulica y mecnica de fluidos en la ingeniera

Ros, hidrulica fluvial:

- Formas de fondo

- Curvas en ros

- Confluencia en ros

- Bifurcaciones

- Islas

- Canales laterales

- Puertos

- Dispersin

- Espigones

- Estructuras locales

- Interaccin con la vegetacin

- Presas / almacenamiento

- Deltas / estuarios