Hidráulica - Programa


CARRERA

NIVEL

HORAS SEMANALES

HORAS TOTALES

Ingeniería Civil 6º semestre 4 horas

64 horas

Ingeniería Ambiental      
PRERREQUISITO: Mecánica de fluidos

CORREQUISITO: LAboratorio de hidráulica

Fecha de revisión: enero de 2002

JUSTIFICACIÓN

Para el correcto manejo del recurso hídrico en cuanto a su distribución, conducción o transporte y disposición, el ingeniero requiere reconocer los diversos elementos que se involucran en un sistema de redes de tuberías o canales para diseñar, evaluar o proponer mejoras respondiendo a las necesidades y respetando las condiciones del medio donde se localicen.

OBJETIVO GENERAL

Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de mecánica de fluidos empleando los métodos más usuales para el cálculo de variables hidráulicas y geométricas del flujo confinado y del flujo libre, a partir de los cuales el alumno diseñará y analizará situaciones reales de sistemas de redes de tuberías y de canales.

CONTENIDO RESUMIDO Horas
1.   Introducción
2.  
Flujo confinado
3.  
Flujo libre
4.  
Flujo critico
5.  
Flujo uniforme
6.  
Diseño de canales con flujo uniforme
7.  
Flujo gradualmente variado
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PROGRAMA DETALLADO
1. INTRODUCCIÓN

"Breve reseña histórica en el desarrollo de la Hidráulica"

Generalidades de la Mecánica de fluidos. Concepto de viscosidad y efectos. Clasificación del flujo según la viscosidad.

Flujo laminar y turbulento. El experimento de Reynolds, esfuerzos tangenciales generados por el movimiento de los fluidos.

Generalidades en el estudio de la capa límite. Clasificación del flujo en conductos. Algunos conceptos básicos.

2. FLUJO CONFINADO

Principios de la conservación de la energía.

Pérdidas  de energía. Pérdidas por fricción. Análisis del coeficiente de fricción. Diagrama de Moody. Pérdidas locales por entrada, expansión, contracción, rejas, cambio de dirección, válvulas y accesorios de salida, bifurcación. Análisis y cálculo de sistemas de tuberías: Conducto sencillo, en paralelo, redes abiertas y cerradas.  Métodos de cálculo de redes cerradas:  Hardy Cross, transformación a sistema lineal y superficie energética. Problemas prácticos ilustrativos.

3. FLUJO LIBRE

Descripción general.  Diferencias con flujo confinado. Tipos de flujo según el tiempo y el espacio como criterio.  Estado del flujo según el tiempo y el espacio como criterio.  Estado del flujo, efectos de la viscosidad y de la gravedad.  Regímenes del flujo.

Propiedades de los canales. Canales naturales y artificiales.

Elementos geométricos de las diversas secciones transversales.

Distribución de velocidades en la sección transversal. Canales anchos.  Medición de la velocidad.  Coeficientes de distribución de velocidades y su determinación.  Distribución de presiones en la sección. Efecto de pendiente y de la curvatura.

Principio del momentum.  Análisis para canal rectangular.

Diversas situaciones posibles.  Curvas de función momentum.

El resalto  hidráulico:  Tipos , características básicas, longitud, localización, perfil.  El resalto como disipador y otros usos.

Resalto en canales  con pendiente.  Secciones no rectangulares y secciones no prismáticas.  Problemas prácticos ilustrativos.

4. FLUJO CRÍTICO

Descripción  general del estado crítico.  Controles.

Cálculo del flujo crítico.  Condiciones de choque.  Limitaciones en el uso de la ecuación de energía.

5. FLUJO UNIFORME

Descripción, características  y establecimiento. Expresiones para evaluar la velocidad del flujo uniforme: Ecuaciones de Chezy, Manning, Darcy - Weisbach.  Análisis de las diferentes expresiones. Análisis de las diferentes expresiones.  Análisis y evaluación de cada uno de los factores de rugosidad C, N, y F. Determinación de la profundidad normal.  Análisis de los diversos factores relacionados con el cálculo del flujo uniforme.  Problemas ilustrativos.

6. DISEÑO DE CANALES CON FLUJO UNIFORME

Canales no erodables: materiales conformantes, velocidad mínima, alineamiento, pendientes, forma de selección, borde libre.  Sección de mayor eficiencia hidráulica.  Determinación de las dimensiones de la sección.  Recomendaciones constructivas.   Canales erodables.

Métodos de diseño:  velocidad permisible, descripción y proceso de diseño.  Fuerza erosiva: máxima fuerza permisible, descripción y proceso de diseño.  Sección hidráulica estable.  Canales con vegetación.  Problemas ilustrativos del diseño.

Flujo unidimensional y bidimensional.

Ecuación de Euler, ecuación de Bernoulli. Ecuación de energía.

Suposición unidimensional para tubos de corriente de sección transversal finita.

Aplicaciones de la ecuación de Bernoulli.

7.  FLUJO GRADUALMENTE VARIADO.

Hipótesis básicas. Ecuación dinámica del flujo gradualmente variado.  Características de los perfiles, clasificación y análisis.  Métodos de cálculo de los perfiles:  De integración grafica, de integración directa. ( Ven Te Chow, trapezoidal y de 4º, orden ), directo por pasos y estándar por pasos, problemas prácticos de evaluación y cálculo de perfiles.

METODOLOGÍA

El profesor orientará el aprendizaje de los temas propuestos en el contenido motivando la participación del estudiante de manera que este se sienta partícipe en la construcción de su saber, en el desarrollo de sus habilidades y en la formación de sus valores.  El estudiante adquirirá un completo entendimiento de los conceptos fundamentales que requiere la asignatura mediante una aproximación cercana a los fenómenos con apoyo de imágenes, descripciones, experimentos y ejemplos; podrá llevar a cabo cualquier desarrollo demostrativo y sabrá aplicar lo métodos y expresiones para la solución de los problemas relacionados con la asignatura incluyendo el uso de herramientas tecnológicas actuales como software especializado.

EVALUACIÓN

La evaluación deberá responder con la metodología propuesta y será definida en acuerdo con profesor y estudiantes.

BIBLIOGRAFÍA

CHOW, Ven Te. Hidráulica de canales abiertos. Santafé de Bogotá: McGraw Hill, 1995.

DE ACEVEDO, J.M.  Manual de hidráulica. Sexta edición.  Editorial Harla,  1975

FRENCH, Richard.   Hidráulica de canales abiertos  Editorial McGraw Hill,  1988

LINSLEY y FRANZINI.   Water resources engineering.  Tercera edición. Editorial  McGraw –Hill,  1979

MARBELLO, Ramiro.  Fundamentos para las prácticas de laboratorio de hidráulica.  Universidad Nacional, Facultad de. Minas,  1997

MEADOWS y WALSKI   Computer applications in hydraulic engineering.  Segunda edición.  Haestad Press,  1998

RODRÍGUEZ, Hector Alfonso.  Hidráulica Experimental.  Editorial ECI,  2001

SALDARRIAGA y GONZÁLEZ.   Aireación de rebosaderos con flujos de alta velocidad.  Universidad de los Andes,  1988

SALDARRIAGA, Juan G.  Hidráulica de tuberías  Editorial McGraw Hill,  1998

SHAMES, Irving H. Mecánica de fluidos. Tercera edición. Santafé de Bogotá: McGraw Hill, 1995

STREETER, Víctor L. Y  WYLIE, E. Benjamín, Mecánica de fluidos. Sexta edición. México: McGraw Hill, 1987.

SIMON, Andrew.   Hidráulica práctica.  Segunda edición.  Editorial  LIMUSA, 1986

SOTELO AVILA, Gilberto. Hidráulica General: fundamentos. México: Limusa, 1979

TRUEBA, Samuel.  Hidráulica  Editorial CECSA,  1980

VIEJO, Manuel.   Bombas, teoría, diseño y aplicaciones.  Segunda edición.  Editorial Limusa,  1979

PREPARADO POR:

Coordinador de área:  Juan Fernando Barros Martínez

Río Medellín a su paso por Copacabana