Aplicaciones de La Hidraulica a La Ingeniería

Aplicaciones de la Hidráulica

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APLICACIONES DE LA HIDRAULICA A LA INGENIERÍA La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas relacionadas con el agua obras hidráulicas!" sea para su uso" como en la obtención de energía hidráulica" la irrigación" potabili#ación" canali#ación" u otras" sea para la construcción de estruc estructur turas as en ma mare res" s" ríos" ríos" lagos" lagos" o entor entornos nos simila similare res" s" incluy incluyend endo" o" por ejemplo" ejemplo" di$ues" di$ues" repres represas" as" canales" canales" puertos" puertos" muelles" muelles" esclusas esclusas"" rompeol rompeolas" as" entre otras construcciones% La hidráu hidráulic lica a se ocupa ocupa tambi& tambi&n n de obras obras relac relacion ionad adas as con la agricu agricultu ltura ra"" especiali#ación de la ingeniería hidráulica conocida como hidráulica agrícola rama propia de 'ngeniería agrícola!( sistemas de riego" sistemas de drenaje% ) además obras relacionadas con el medio ambiente( presas *ltrantes para el control de la erosión y obras de encau#amiento de ríos" entre otros%

I.

ESTRUCTURAS HI HIDRÁULICAS

+e entiende por obra hidráulica o estructura hidráulica a una construcción" en el campo de la ingeniería civil" donde el elemento dominante tiene $ue ver con el agua% +e puede decir $ue las obras hidráulicas constituyen un conjunto de estructuras construidas con el objeto de manejar el agua" cual$uiera $ue sea su origen" con *nes de aprovechamiento o de de,ensa% -eneralmente se consideran estructuras hidráulicas(

A)CANAL 1. Defn Defnic ició ión n +e denom denomin ina a canal canal a una una const construc rucció ción n destin destinada ada al trans transpor porte te de .uidos .uidos generalmente utili#ada para agua! y $ue" a di,erencia de las tuberías" es abie abiert rta a a la atmó atmós, s,er era% a% /am ambi bi&n &n se util utili# i#an an co como mo vías vías arti arti*c *cia iale less de navegación% n canal de navegación es una vía de agua" a menudo de origen arti*cial" $ue normalmente conecta lagos" ríos u oc&anos% +e utili#an para el transporte" a menudo surcados por barca#as en los canales .uviales y por barcos en los canales $ue conectan oc&anos% Los canales interiores precedieron el desarrollo del ,errocarril durante la revolución industrial y algunos de ellos ,ueron posteriormente secados y utili#ados como pasos libres para construir vías ,&rreas% La descr descripc ipción ión del del compor comportam tamien iento to hidrá hidráuli ulico co de los canale canaless es una una parte parte ,undamental de la hidráulica y su diseo pertenece al campo de la ingeniería hidráulica" una de las especialidades de la ingeniería civil%

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2. Clasif Clasifcac cación ión e e canale canales s a) Canale Canales s na!" na!"#al #ales es +e deno denom mina ina ca cana nall natu natura rall a las las depr depres esio ione ness natura naturales les en la corte# corte#a a terre terrestr stre" e" algun algunos os tienen tienen poca pro,undidad y otros son más pro,undos" seg5n se encu encuen entr tren en en la mont monta aa a o en la plan planic icie ie%% Algunos canales permiten la navegación" generalmente generalmente sin necesidad de dragado% Los canales natu natura rale less in.u in.uye yen n todo todoss los los tipo tiposs de agua agua $ue $ue e6ist e6isten en de ma maner nera a natura naturall en la tierr tierra" a" lo cuales cuales varían varían en tama tamao o desde desde pe$ue pe$ueos os arro arroyue yuelos los en #onas #onas montaos montaosas as hasta $uebrada $uebradas" s" arroyos arroyos"" ríos pe$ueos y grandes" y estuarios de mareas% Las corrientes subterráneas $ue transpor transportan tan agua con una super*ci super*cie e libre libre tambi&n tambi&n son consider consideradas adas como canales abiertos naturales% Las propiedades hidráulicas hidráulicas de un canal natural por lo general son muy irregulares% irregulares% 7n algunos casos pueden hacerse suposiciones empíricas ra#onablemente consistentes en las observaciones y e6periencias reales" de tal modo $ue las condiciones de .ujo en estos canales se vuelvan manejables mediante tratamiento analítico de la hidráulica teórica% $) Canale Canales s e e #ie% #ie%& & 8stos son vías construidas para conducir el agua hacia las #onas $ue re$uieren complementar el agua precipitada naturalmente sobre el terreno%

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c) Canale Canales s e e na'e na'e%ac %ación ión n ca cana nall de nave navega gaci ción ón es una una vía vía de agua agua hech hecha a por por el hom hombre bre $ue $ue normalmente normalmente conecta lagos" ríos u oc&anos% 7ntre los ejemplos de grandes canales $ue han cambiado en gran medida la economía de enteros continentes están ciertamente el :anal de +ue# y el :anal de 3anamá% :on la apertura de estas grandes obras de ingeniería" los tiempo tiemposs de trans transpor porte te inter intercon contin tinent entale aless se reduj redujer eron on drást drástica icamen mente te y marcar marcaron on un creci crecimi mient ento o e6pon e6ponenc encial ial del comer comerci cio o de occide occident nte e con con el 76tremo ;riente%

El canal bajo el puente Mubarak de la Paz

()REPRESA

1. Defn Defnic ició ión n

7n ingeniería se denomina presa o represa a una barrera ,abricada con piedra" hormigón o materiales sueltos" $ue se construye habitualmente en una cerrada o des*ladero sobre un río u arroyo% arroyo% /iene la *nalidad de embalsar el agua en el cauce .uvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento o regadío" para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canali#aciones canali#aciones de riego" para laminación de avenidas evitar inundaciones inundaciones aguas abajo de la presa! o para la produ producci cción ón de energ energía ía mecáni mecánica ca al trans, trans,or orma marr la energ energía ía potenc potencial ial del almace almacenam namien iento to en ener energía gía cin&ti cin&tica ca y &sta &sta nueva nuevamen mente te en mecán mecánica ica al accionar la ,uer#a del agua un elemento móvil% La energía mecánica puede aprovecharse directamente" como en los antiguos molinos" o de ,orma indirecta para producir energía el&ctrica" como se hace en las centrales hidroel&ctricas%Las estaciones de bombeo%

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2. Clas Clasif ifca caci ción ón Los Los di,er di,erent entes es tipos tipos de presa presass respo responde nden n a las diver diversas sas posibi posibilid lidad ades es de cumplir la doble e6igencia de resistir el empuje del agua y evacuarla cuando sea preciso% 7n cada caso" las características del terreno y los usos $ue se le $uiera dar al agua" condicionan la elección del tipo de presa más adecuado% 76isten numerosas clasi*caciones" dependiendo de( •

si son *jas o móviles hinchables" por ejemplo!

•

su ,orma o manera de transmitir las cargas a las $ue se ve sometida

•

los materiales empleados en la construcción

de gravedad

•

de contra,uertes

•

de arco simple

•

bóvedas o arcos de doble curvatura

•

mi6ta" si está compuesta por partes de di,erente tipología

de hormigón masivo convencional o compactado con rodillo!

•

de mampostería

•

de materiales sueltos de escollera" de n5cleo de arcilla" con pantalla as,áltica" con pantalla de hormigón" homog&nea!

Las presas hinchables" basculantes y pivotantes suelen ser de mucha menor entidad% a) Se%n Se%n s" es!# es!#"c! "c!"#a "#a

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P#esa e %#a'ea* %#a'ea* es a$uella en la $ue su propio peso es el encargado de resistir el empuje del agua% 7l empuje del embalse es transmitido hacia el suelo" por lo $ue &ste &ste debe debe se serr su*c su*cie ient ntem emen ente te estable para soportar el peso de la presa y del embalse% :onstituyen las represas de mayor durabilidad y $ue menor mantenimiento re$uieren%

•

7scol 7scoller lera a o materi material ales es suelto sueltos( s( de tier tierra ra o suelo suelo homog& homog&neo neo"" tierr tierra a #oni*cada" :>< enrocado con losa de hormigón! y otros%
+u estructura recuerda a la de un triángulo isósceles ya isósceles ya $ue su base es ancha y se va estrechando a medida $ue se asciende hacia la parte superior aun$ue en muchos casos el lado $ue da al embalse es casi vertical% La ra#ón por la $ue e6iste una di,erencia notable en el grosor del muro a medida $ue aumenta la altura de la presa se debe a $ue la presión en el ,ondo del embalse es mayor $ue en la super*cie%
•

P#esa e a#c& si+,le* a#c& si+,le* es a$uella en la $ue su propia ,orma es la encargada de resistir el empuje del agua% rancia >rancia!% !%1 2 P#esa e $ó'ea$ó'ea- &$le a#c&- & a#c& e &$le c"#'a!"#a* c"#'a!"#a* cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano hori#ontal"

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tambi& tambi&n n se denom denomina ina de bóveda bóveda%% 3a 3ara ra logra lograrr sus compl compleja ejass ,ormas ,ormas se construyen con hormigón y re$uieren gran habilidad y e6periencia de sus constr nstruc ucto torres es"" $ue $ue deben eben rec ecu urrir a sistemas constructivos poco comunes% •

•

•

P#esa P#es a e a# a#c& c&% %#a #a'e 'ea a * combina características de las presas de arco y las pres presas as de grav graved edad ad y se cons consid ider era a una una solución de compromiso entre los dos tipos% /iene ,orma curva para dirigir la mayor parte del es,uer#o contra las paredes de un caón o un valle" $ue sirven de apoyo al arco de la presa% Además" el muro de contención tiene más espesor en la base y el peso de la presa permite soportar parte del empuje del agua% 7ste tipo tipo de pres presa a prec precis isa a me meno norr volu volume men n de relle elleno no $ue $ue una una pres presa a de gravedad% 3resa de contra,uertes o contra,uertes o aligerada% 3resa de bóveda m5ltiple% m5ltiple %

$) Se%n Se%n s"s s"s +a!e#i +a!e#iale ales s •

P#esas P#esas e /&#+i% /&#+i%ón* ón* son son las las má máss utili#adas en los países desarrollados ya $ue con &ste material se pueden elaborar construcciones más estables y duraderasB debido a $ue su cálculo es del todo *able ,rente a las producidas en otros mate ma teri rial ales es%% o orrmalm almente ente"" toda todass las las presas de tipo gravedad" arco y contra,uerte están tán hechas de este material% Algunas presas pe$ueas y las más antiguas son de ladrillo ladrillo"" de sillería sillería y y de mampostería% 7n 7spaa 7spaa"" el CD de las presas son de gravedad y están hechas con hormigón hormigón ya ya sea con o sin armaduras de acero acero%%

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P#esas e +a!e#iales s"el!&s( s"el!&s ( son las más utili#adas en los países subdesarrollados ya $ue son menos costosas y suponen el CCD de las $ue podemos encontrar en todo el planeta% +on a$uellas $ue consisten en un relleno de tierras" $ue aportan la resistencia necesaria para contrarrestar el empuje de las aguas% Los materiales más utili#ados en su construcción son piedras" gravas" arenas" limos y arcillas aun$ue dentro de todos estos los $ue más destacan son las piedras y las gravas% 7n 7spaa 7spaa sólo sólo suponen el 19D del total%

7ste 7ste tipo tipo de presa presass tienen tienen compon component entes es muy muy permeables permeables"" por lo $ue es necesario aadirles un elemento impermeabili#ante% impermeabili#ante% Además" estas estructuras resisten siempre por gravedad gravedad"" pues la d&bil cohesión de sus materiales no les permit permite e trans transmit mitir ir los em empuj pujes es del agua agua al terre terreno no%% 7ste 7ste ele elemen mento to puede puede ser arcilla arcilla en en cuyo caso siempre se ubica en el cora#ón del relleno! o bien una pantalla de hormigón hormigón"" la cual se puede construir tambi&n en el centro del relleno o bien aguas arriba% 7stas presas tienen el inconveniente de $ue si son rebasadas por las aguas en una crecida" corren el peligro de desmoronarse y arrui arruinar narse% se% 7n 7spaa es bien recordado el accidente de la 3r 3res esa a de /ous / ous conocido conocido popularmente como la E Pantanada de Tous E% •

P#esas e en#&ca+ien!& c&n ca#a e /&#+i%ón* este tipo de presas en ocasiones es clasi*cada entre las de materiales sueltosB pero su ,orma de ejec ejecuc ució ión n y su trab trabaj ajo o es estr truc uctu tura rall son son di,e di,errente entes% s% 7l elem elemen ento to de retención del agua es una cortina ,ormada con ,ragmentos de roca de varios tamaos" $ue soportan en el lado del embalse una cara de hormigón la cual es el elemento impermeable% La pantalla o cara está apoyada en el contacto con la cimentación por un elemento de transición llamado plinto" $ue soporta a las losas de hormigón% 7ste tipo de estructura ,ue muy utili#ado entre 1F40 y 1F=0 en cortinas de alturas intermedias y cayó en desuso hasta *nales del siglo GG" cuando ,ue retomado por los diseadores y constructores al disponer de mejores m&todos de reali#ación y e$uipos de construcción construcción más e*cientes% c) Se%n Se%n s" s" a,li a,lica caci ción ón

3resa de derivación en el río osa% osa% Labocatoma Labocatoma está está en la margen derecha del río río% La es estr tru uctur ctura a $ue $ue atra atravi vies esa a el río sirve irve para ara crea crearr un pe$ue e$ue o represamiento para garanti#ar el ,uncionamiento de la bocatoma%

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P#esas P#es as fl fl!# !#an an!e !es s & i0"es e #e!ención* #e!ención* +on a$uellas $ue tienen la ,unció nción n de reten etener er sólid ólido os" des desde mater terial ial *no" *no" hasta asta roca cass de gran tamao" transportadas por torrentes en área áreass mont monta aos osas as"" per permiti mitien endo do sin sin embargo el paso del agua%

P#esas e c&n!#&l c&n!#&l e a'enias* a'enias* +on +on a$uellas cuya *nalidad es la de laminar el caudal de las avenidas torrenciales" torrenciales" con el *n de $ue no se cause dao a los terrenos situados aguas abajo de la presa en casos de ,uerte tormenta%

3resas de derivación( 7l objetivo prin princi cipa pall de es esta tass es elev elevar ar la cota cota del del agua agua para para hace hacerr ,act ,actib ible le su deri deriva vaci ción ón"" controlando la sedimentación del cauce de ,orma $ue no se obstruyan las bocatomas bocatomas de de derivación% 7ste tipo de presas son" en general" de poca altura ya $ue el almacenamiento del agua es un objetivo secundario% 3resas de almacenamiento( 7l objetivo principal de &stas es retener el agua gua para su uso regu egulado lado en irr irrigac gación ión" gener enerac ació ión n el&c el&ctr tric ica a" abastecimiento a poblaciones" recreación o navegación" ,ormando grandes vasos o lagunas arti*ciales% 7l mayor porcentaje de presas del mundo" las

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de mayor capacidad de embalse y mayor altura de cortina corresponden a este objetivo%

C)LAS ESCLUSAS +on obras hidráulicas $ue permiten vencer desniveles concen concentra trados dos en canal canales es naveg navegabl ables" es" ele elevan vando do o descendiendo los navíos $ue se encuentran en ellas% 3ueden ,ormar parte de las estructuras comp comple leme ment ntar aria iass de una una pres presa" a" cuan cuando do &s &sta ta se construye sobre ríos navegables% 7l cruce de una esclusa es una operación bastante lentaB puesto $ue hay $ue e$uilibrar los niveles de agua agua"" prim primer ero o co con n el tram tramo o de ca cana nall don donde se encuentra el navío y luego con el otro nivel hacia el $ue saldrá el navío% 7l consumo de agua es considerableB para disminuirlo se procura nunca hacer un llenado o vaciado de la esclusa si no hay un navío $ue re$uiere de atravesarla% 8se tambi&n es uno de los motivos por los cuales en general se construyen dos esclusas en paraleloB así" parte del agua de vaciado de una se puede utili#ar para el llenado de la otra% /&cnicamente" /&cnicamente" el el límite de desnivel desnivel $ue puede ser ser vencido con una una sola esclusa esclusa es de apro6imadamente 2= m% 3ara desniveles mayores debe pensarse en esclusas concatenadas" concatenadas" lo $ue di*culta a5n más su operación" o debe pensarse en otros dispositivos como( J Ascensores de barcos" de los cuales ya se han construido varios tipos J 3lanos inclinados de agua ed de abastecimiento de agua potable% La red de abas abaste teci cim mient iento o de agua agua pota potabl ble e es un sist sistem ema a de obra obrass de inge ingeni nier ería ía"" conc concat aten enad adas as $ue $ue perm permit iten en llev llevar ar hast hasta a la vivi vivien enda da de los los

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habitantes de una ciudad" pueblo o área rural relativamente densa" el agua potable% 7l sistema de abastecimiento de agua potable más complejo" $ue es el $ue utili#a aguas super*ciales" consta de cinco partes principales( • • • • •

:aptación% Almacenamiento de agua bruta% /ratamiento% Almacenamiento Almacenamiento de agua tratada% ed de distribución abierta%

D)

TRASASE DE CUENCA

Los tras trasva vasses de cuen uenca son obras obras hidráuli hidráulicas cas cuya *nalidad *nalidad es la de incrementar la disp dispon onib ibil ilid idad ad de agua agua en una una cuenca vecina% Los usos especí*cos del agua pueden ser los más variados" sin embargo los más comunes son( •

•

II.

Abas Abaste teci cimi mien ento to de agua agua potable a ciudades con un n5mero de habitantes superior al $ue podrían soportar los recursos hídricos de la cuenca en la cual se sit5a la ciudad% 7sta necesidad se da en casi todas si no en todas las las me mega ga ciud ciudad ades es%% 7sta 7sta situ situac ació ión n ac acar arrrea una una seri serie e de impa impact ctos os ambie am bienta ntales les"" sobre sobre todo todo si se consid considera era $ue $ue las aguas aguas ser servid vidas as se restituirán en una cuenca di,erente de la $ue se e6trajo el agua% iego" este tipo de obras se hace necesario cuando las tierras de buena calidad se encuentran en áreas con escasos recursos hídricos% n caso muy típico es toda la ?ertiente del 3ací*co%

HIDRÁULICA LUIAL

:onsis :ons iste te en el esta estadi dio o y co cont ntrrol de proc proces esos os .uvi .uvial ales es"" tran transp spor orte te de sediment sedimentos" os" mor,olo mor,ología gía de ríos" ríos" estabili estabilidad dad de de taludes" taludes" encau#am encau#amiento iento y protección de riberas%

DEENSA RI(ERE3A La protección contra las inundaciones incluye" tanto los medios estructurales" como como los no estru estructu ctural rales" es" $ue dan prote protecci cción ón o reduc reducen en los riesg riesgos os de inundación%

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Las medidas estructurales incluyen las represas y reservorios" modi*caciones a los canales de los ríos" de,ensas ribereas" depresiones para desbordamiento" cauces de alivio y obras de drenaje% Las medidas no estructurales consisten en el control del uso de los terrenos aluviales mediante #oni*cación" los reglamentos para su uso" las ordenan#as sanitarias y de construcción" y la reglamentación del uso de la tierra de las cuencas hidrográ*cas% hidrográ*cas% Las de,ensas ribereas ribereas son estructuras construidas para proteger de las crecidas de los ríos las áreas aledaas a estos cursos de agua% La ,orma y el material empleado en su construcción varía" ,undamentalmente en ,unción de( J Los materiales disponibles localmente% J 7l tipo de uso $ue se da a las áreas aledaas% -eneralmente en áreas rurales se usan di$ues de tierra" mientras $ue en las áreas urbanas se utili#an di$ues de hormigón%

III. II. HID HIDRÁUL RÁULIICA AGR AGRÍÍCOLA COLA A)SISTE4A DE RIEGO +e denomina sistema de riego o perímetro perímetro de riego" al conjunto de estructuras" $ue $ue hace hace posi posibl ble e $ue $ue una una dete determ rmin inad ada a área área pued pueda a ser ser cult cultiv ivad ada a con con la aplicación del agua necesaria a las plantas% 7l sistema de riego consta de una serie de componentes" sin embargo debe notarse $ue no necesariamente el sistema de riego debe constar de todas ellas" el conjunto de componentes

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dependerá de si se trata de riego super*cial" por aspersión" o por goteo% 3or ejemplo" un embalse no será necesario si el río o arroyo del cual se capta el agua tiene un caudal su*ciente incluso en el período de aguas bajas%

()SISTE4A DE DRENA5E La ,unc ,unció ión n prin princi cipa pall de un sist sistem ema a de drenaje es la de permitir la retirada de las aguas aguas $ue $ue se acumu acumulan lan en depre depresio siones nes topo topogr grá* á*ca cass del terr erreno eno" ca caus usa ando ndo inconvenientes ya sea a la agricultura o en área áreass urba urbani ni#a #ada das% s% 7l orig origen en de las las aguas puede ser( • •

3or escurrimiento super*cial 3or la elevación del nivel ,reático" causado por el riego" o por la elevación del nivel de un río pró6imo

;tra ,unción sumamente importante del sistema de drenaje es la de controlar" en los perímetros de riego" la acumulación de sales en el suelo" lo $ue puede disminuir drásticamente la productividad%

3rincipalmente" el sistema de drenaje está compuesto por una red de canales $ue recogen y conducen las aguas a otra parte" ,uera del área a ser drenada" impidiendo al mismo tiempo" la entrada de las aguas e6ternas% /ípicamente estos sistemas se hacen necesarios en los amplios estuarios de los grandes ríos y en los valles donde el drenaje natural es de*ciente% La red de canales debe ser periódicamente limpiada" eliminando el ,ango $ue se deposita en ellos y las male#as $ue crecen en el ,ondo y en los taludes" caso contrario muy ,ácilmente el .ujo del agua se modi*caría y se perdería la e*ciencia del sistema

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HID HIDRÁUL RÁULIICA UR(AN (ANA

+uminist +uministro ro de agua potable" potable" drenaje drenaje servidas% /ratamiento de aguas residuales%

de aguas aguas de lluvia lluvia y de aguas aguas

LAS ESTACIONES DE (O4(EO +on estructuras destinadas a elevar un .uido .uido desde desde un nivelenerg&tico nivelenerg&tico inicial inicial a un nivel energ&tico mayor%

+u uso es muy e6tendido en los varios campos de la ingeniería" así" se utili#an en( •

•

•

•

•

Rees e a$as!eci+ien!& e a%"a ,&!a$le" ,&!a$le " donde su uso es casi obligatorio" salvo en situaciones de centros poblados pró6imos de cadenas montaosas" con manantiales manantiales situados situados a una cota mayor% Re e alcan!a#illa&" alcan!a#illa&" cuando los centros poblados se sit5an en #onas muy muy plan planas as"" para para evit evitar ar $ue $ue las las alca alcant ntar aril illa lass es est& t&n n a pro, pro,un undi dida dade dess mayores a los 4 K = m% Sis!e+a e #ie%&" #ie%&" en este caso son imprescindibles si el riego es con agua de po#os po#os no no artesianos artesianos%% Sis!e+a e #ena6e" #ena6e" cuando el terreno a drenar tiene una cota in,erior al recipiente de las aguas drenadas% 7n muchas plantas de tratamiento tanto de agua potable como potable como de aguas servidas"" cuando servidas cuando no puede puede dispo disponer nerse se de desni desnivel veles es su*cie su*ciente ntess en el terreno%

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-eneralmente las estaciones de bombeo constan de las siguientes partes( •

ejas

•

:ámara de succión

•

Las bombas bombas propiamente propiamente dichas

•

Línea de impulsión

•

+ervicios au6iliares(




Línea Línea de ali alime menta ntació ción n de ener energía gía el&c el&ctrica trica o instal instalaci ación ón para para almacenamiento almacenamiento de combustible combustibleBB



.

+istema de monitoreo y telecomunicaciones telecomunicaciones

HIDRÁULICA SU(TERRÁNEA

>lotación" monitoreo y recarga de acuí,eros% 'ntrusión marina y control de la contaminación% Además" Además" e6isten e6isten otras otras áreas de aplicaci aplicación ón donde se presentan presentan los temas temas ecológico y ambiental" la construcción de modelos >ísicos y num&ricos" la medición de >lujos y el manejo de los recursos hídricos

ALCANTARILLADO

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+e deno denomi mina na alca alcant ntar aril illa lado do o tamb tambi& i&n n red de alca alcant ntar aril illa lado do"" r ed de sane saneam amie ient nto o o red de drenaje al sistema de estructuras y tuberías usado para ara la rec eco ogida ida y trans anspor porte de las aguas uas residuales y pluviales de una población desde el lugar en $ue se generan hasta el sitio en $ue se viert00=n al medio natural o se tratan% La red de alcantarillado se considera un servicio básico" sin emba em barrgo la co cobe bert rtur ura a de esta estass redes edes en las las ciud ciudad ades es de país países es en desa desarr rrol ollo lo es ín*m ín*ma a en relación con la cobertura de las redes de agua pota potabl ble% e% 7sto 7sto gene genera ra impo import rtan ante tess prob proble lema mass sanita nitari rios os%% Las redes edes de alca lcantar ntariillad llado o son estructu estructuras ras hidráuli hidráulicas cas $ue ,unciona ,uncionan n a presión presión atmos,&rica" por gravedad% +ólo muy raramente" y por tramos breves" están constituidos por tuberías $ue trabajan bajo presión o por vacío% ormalmente es está tán n cons consti titu tuid idas as por por ca cana nale less de secc secció ión n cir circula cular" r" oval oval o comp compue uest sta" a" enterrados la mayoría de las veces bajo las vías p5blicas% MAQUINAS HIDRAULICAS CLASIFICACIÓN: • Las Máquinas Hidráulicas se clasifican en tres grandes grupos: – Máquinas Máquinas Hidráulicas Hidráulicas Motrices. – Máquinas Máquinas Hidráulicas Hidráulicas Generatrices. Generatrices. – Máquinas Máquinas Hidráulicas Hidráulicas Mixtas.

MAQUINAS HIDRAULICAS MOTRICES • Transforman la energía hidráulica latente en el fluido en sus distintas formas en la energía mecánica. • Generalmente la energía mecánica lograda se transformara en mo!imiento de rotaci"n. • #e las conoce gen$ricamente como Tur%inas Hidráulicas.

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MAQUINAS HIDRAULICAS GENERATRICES

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• &eci%e &eci%en n tra%a tra%a'o 'o exter externo no ( transf transform orman an la energ energía ía mecán mecánica ica reci%i reci%ida da en energ energía ía hidráulica. • )roporcionan al fluido un aumento de su energía potencial energía cin$tica o energía de presi"n. • #e las conoce gen$ricamente como *om%as Hidráulicas.

MAQUINAS HIDRAULICAS MIXTAS • Tran Transfo sforma rman n una una forma forma de energ energía ía hidrá hidráuli ulica ca del del fluido fluido en otra otra forma forma de energ energía ía hidráulica del mismo fluido. • Las mismas se fundamentan en principios hidrostáticos o hidrodinámicos. • #e las utili+a generalmente para transmitir o transformar la energía mecánica de un sistema en energía mecánica de otro sistema los más conocidos son los ,(ectores -coplamientos -coplamientos Hidrodinámicos Hidrodinámicos ( on!ersores on!ersores de )ar Hidrodinámic Hidrodinámicos. os.

CLASIFICACION GENERAL DE LAS MAQUINAS M AQUINAS HIDRAULICAS MOTRICES CARACTERISTICA FUNDAMENTAL

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La característica fundamental de las Maquinas Hidráulicas Motrices es que las mismas constan de un mecanismo denominado gen$ricamente como /"rgano receptor0 que es el responsa%le de adquirir la energía hidráulica de fluido ( transmitirla generalmente como energía mecánica de rotaci"n.

CLASIFICACION CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS HIDRAULICAS MOTRICES • Las Máquina Máquinas s Hidráuli Hidráulicas cas Motrices Motrices com1nmen com1nmente te denomin denominada adas s T2&*34T2&*34-# # se las pueden clasificar seg1n: – ,l Grado Grado de &eacci"n &eacci"n – La Tra(ecto Tra(ectoria ria del 5luido 5luido – Los -spectos -spectos onstructi!os. onstructi!os.

GRADO DE REACCION • Las tur%inas hidráulicas pueden ser clasificadas seg1n grado de reacci"n en: – Turbinas de accin

– Turbinas de reaccin

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LA TRA!ECTORIA DEL FLUIDO • La tra(ectoria que sigue la partícula de fluido – Tur%inas Tur%inas de acci"n total total 6 Tur%inas radiales 6 Tur%inas axiales 6 Tur%inas de flu'o mixto o diagonal – Tur%inas Tur%inas de acci"n parcial. parcial. 6 Tur%inas de flu'o tangencial

L7# -#),T7# 74T&2T387# • Las tur%inas hidráulicas pueden ser clasificadas seg1n sus aspectos constructi!os

" Turbinas Ti#$ Francis%& La tur%ina 5rancis es un motor hidráulico de reacci"n que se emplea para caudales ( alturas medias.

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– Turbinas Ti#$ 'a#(an .9 La Tur%ina aplan es una tur%ina de h$lice con ála%es a'usta%les.

" Turbinas Turbinas Ti#$ )e(*$n%&

,s una tur%o máquina motora de flu'o trans!ersal admisi"n parcial (

de acci"n.

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" Turbinas Ti#$ Mic+e((&,an-i Mic+e((&,an-i .9 - diferencia de la ma(oría de tur%inas hidráulicas que tienen un flu'o axial o radial en la tur%ina de flu'o trans!ersal el fluido atra!iesa los ála%es de forma diagonal.

7n las turbinas tipo H&lice o 3ropeller" el receptor toma la ,orma de h&lice de propulsión%

– Turbinas Ti#$ H.(ice%&

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– Turbinas Ti#$ Deria/%& ,s una tur%ina de reacci"n.

" Turbinas Turbinas Ti#$ Tubu(ares%& Tubu(ares%& Tur%ina axial con flu'o de agua axial o diagonal a la entrada de los ála%es directrices normalmente con e'e hori+ontal o inclinado.

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" Turbinas Turbinas Ti#$ ,u(b$%& #on #on un model modelo o espec especial ial de las apla aplan. n. #on #on aptas aptas para para apro!echar saltos de mu( poca altura ( gran caudal.

CLASIFICACION GENERAL DE LAS MAQUINAS HIDRAULICAS GENERATRICES CARACTERISTICA FUNDAMENTAL • La característica fundamental de las Maquinas Hidráulicas Generatrices es que las mismas constan de un mecanismo denominado gen$ricamente como /"rgano propulsor0 que es el responsa%le de transmitir la energía mecánica al fluido.

CLASIFICACION DE LAS MAQUINAS HIDRAULICAS GENERATRICES • )or la forma mediante la cual transforman la energía mecánica en energía hidráulica del fluido las Máquinas Hidráulicas Generatrices se clasifican en:

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– *om%as roto dinámicas dinámicas o Tur%o Tur%o %om%as – *om%as de despla+amiento despla+amiento positi!o o 8olum$tricas 8olum$tricas – *om%as de accionamientos accionamientos especiales especiales

,OM,AS ROTODINAMICAS • Las %om%as rotodinámicas tam%i$n son denominadas tur%o%om%as. • La principal característica de las %om%as roto dinámicas constitu(e el "rgano propulsor rotati!o que transforma la energía mecánica en energía cin$tica del fluido. • La partícula de fluido que ingresa al cuerpo de la %om%a no sigue la misma tra(ectoria direcci"n de la !elocidad o aceleraci"n del "rgano propulsor o rotor de la %om%a. • La desc descar arga ga o caud caudal al entr entreg egad ada a por por la %om% %om%a a depe depend nde e de las las cara caract cter erís ísti tica cas s constructi!as de la %om%a así como la de las instalaciones hidráulicas a la que está conectado ( del n1mero de re!oluciones del "rgano propulsor • Las tur%o%om%as requieren de un "rgano difusor o recuperador en la que se transforma la energía hidráulica cin$tica en energía hidráulica de presi"n.

CLASIFICACION DE LAS TUR,O,OM,AS • Las Las tur%o tur%o%" %"m%a m%as s pued pueden en clasif clasifica icarse rse de !aria !arias s mane maneras ras atend atendien iendo do a di!er di!ersas sas características que pueden ser: – ,l tipo del del rotor – La tra(ectoria tra(ectoria del del fluido en el rotor – ,l n1mero n1mero de rotores rotores – ,l n1mero n1mero de entradas entradas de aspiraci"n – La forma de transformaci"n transformaci"n de la energía hidráulica cin$tica en energía hidráulica de presi"n. – La posici"n posici"n del e'e e'e

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– La !elocidad !elocidad especifica especifica – La finalidad finalidad o uso. uso.

TI)O DEL ROTOR • ,l rotor "rgano propulsor de las %om%as rotodinámicas tam%i$n denominado impulsor es esencialmente una pie+a c"nica o troncoc"nica dotada de palas o ála%es • )udiendo ser: – errado: consta de un disco al cual se fi'an las palas o ala%es ( una corona exterior circular tam%i$n su'eta a las palas. – -%ierto: -%ierto: consta de un disco al cual se fi'an las palas o ala%es ( carecen de corona exterior.

TRA!ECTORIA DEL FLUIDO EN EL ROTOR • onforme la tra(ectoria descripta por la partícula del fluido que alcan+a el rotor de la %om%a esta se clasifica en: – *om%a entrifuga o &adial – *om%a Helicocentrífuga Helicocentrífuga – *om%a Helicoidal – *om%a -xial

,OM,A CENTRIFUGA • ,l fluido ingresa paralelamente al e'e del rotor ( es dirigido por las palas o ala%es hacia la periferia del rotor en la direcci"n radial. • ,l fluido descri%e tra(ectorias contenidas en planos normales al rotor. • Los Los roto rotore res s gene genera ralm lmen ente te pose poseen en pala palas s o ala% ala%es es de simp simple le cur! cur!at atur ura a ;ala ;ala%e %es s cilíndricas<.

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,OM,A HELICOCENTRIFUGA • ,l fluido ingresa al rotor axialmente alcan+ando el %orde de entrada de los ala%es que es de do%le cur!atura ( a%andona el %orde de salida de los ala%es ligeramente inclinado respecto al e'e del rotor. • ,l disco posterior de fi'aci"n de los ala%es forma un ángulo respecto al e'e de la %om%a.

,OM,A HELICOIDAL • ,l fluido ingresa axialmente al rotor ( alcan+a el %orde de entrada de los ala%es casi axialmente= axialmente= el %orde de salida de los ala%es del rotor están %astantes %astantes inclinadas respecto al e'e del rotor= la tra(ectoria del fluido en el rotor es una h$lice c"nica. • ,l rotor normalmente es del tipo a%ierto ( la %ase de fi'aci"n de los ala%es es con forma de cono= las palas o ala%es del rotor son %astantes cur!as e inclinadas en relaci"n al e'e del rotor.

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,OM,A AXIAL • Las partículas de fluido recorren una tra(ectoria que se inicia paralelamente al e'e del rotor ( se transforman en h$lices cilíndricas. • Los ala%es del rotor producen un !"rtice for+ado que se superpone al flu'o axial del fluido.

NUMERO DE ROTORES • onforme el n1mero de rotores montados so%re el mismo e'e las %om%as se clasifican en: – *om%a de #imple ,tapa – *om%a de M1ltiple ,tapa

,OM,A DE SIM)LE ETA)A • ,stas %om%as tienen montado so%re el e'e un solo rotor. • La transmisi"n de energía al fluido se reali+a por tanto en una sola etapa.

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,OM,A DE MULTI)LE MULTI)LE ETA)A ETA)A • #o%re el mismo e'e de la %om%a se hallan montados montados !arios rotores todos ellos u%icados en una misma ca'a dimensionada de modo que el flu'o a tra!$s de los mismos sea posi%le. • ,l fluido pasa sucesi!amente por los rotores= el paso del fluido por cada rotor o difusor constitu(e una etapa. • ,l difusor difusor de palas palas guías guías general generalment mente e u%icado u%icado entre dos rotores consecuti! consecuti!os os se denomina distri%uidor de la %om%a.

NUMERO DE ENTRADAS DE AS)IRACION • #eg1n la forma como el fluido ingresa al cuerpo del rotor de la %om%a esta se clasifica en: – *om%as de aspiraci"n aspiraci"n simple – *om%as de aspiraci"n aspiraci"n do%le do%le

,OM,AS DE AS)IRACION SIM)LE • ,l rotor de la %om%a solo tiene la posi%ilidad de reci%ir el fluido por un solo lado.

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,OM,A DE AS)IRACION DO,LE • ,l rotor tiene forma sim$trica respecto al plano normal al e'e ( la posi%ilidad de reci%ir fluido por am%os sentidos. • La principal !enta'a de este tipo de %om%as es el equili%rio axial al que presenta el rotor.

FORMA DE TRANSFORMACION DE LA ENERGIA • >e acuerdo al dispositi!o con que cuenta la %om%a para la transformaci"n de la energía hidráulica cin$tica en energía hidráulica de presi"n se pueden clasificar en: – *om%as con colector colector en caracol caracol – *om%as con difusor difusor directri+ o palas guías guías – *om%as con colector colector tronco c"nico

)OSICION DEL E0E • onforme la disposici"n del e'e de la %om%a esta puede ser: – >e ,'e Hori+ontal

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– >e ,'e 8ertical 8ertical

,OM,AS DE DES)LA1AMIENTO )OSITI2O O 2OLUMETRICAS 2OLUMETRICAS • )or lo general el "rgano propulsor de la %om%a comunica energía hidráulica de presi"n al fluido. • La principal característica de las %om%as de despla+amiento positi!o constitu(e que la partí rtícula cula de flu fluido en contact tacto o con con el "rga rgano prop ropulso lsor de la %om%a tie tiene aproximadamente la misma tra(ectoria que el "rgano propulsor de máquina. • ,n las las %om%a %om%as s de despl despla+ a+ami amien ento to posit positi!o i!o exist existe e una una relaci relaci"n "n consta constante nte entre entre la descarga ( la !elocidad del "rgano propulsor de la %om%a.

CLASIFICACION CLASIFICACION DE LAS ,OM,AS 2OLUMETRICAS • Las %om%as de despla+amiento o positi!o !olum$tricas pueden ser: – -lternati!as: el fluido reci%e la acci"n de fuer+as directamente de un pist"n em%olo o diafragma. – &otati!as: el fluido reci%e la acci"n de fuer+as de una o más pie+as rotati!as que comunican energía de presi"n. L-#353-374 >, L-# *7M*-# -LT,&4-T38-LT,&4-T38-# #

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3% ,O ,OM, M,A AS DE DE )IS )IST TON • SIM)LE EFECTO: el pist"n solo acciona en una de sus caras.

SIM)LEX: existe una sola cámara con pist"n $m%olo o diafragma. MULTI)LEX: existe más de una cámara con pist"n $m%olo o diafragma.

• DO,LE EFECTO: el pist"n acciona en am%as caras.

?. ,OM,A DE DIAFRAGMA O MEM,RANA

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Aplicaciones de La Hidraulica a La Ingeniería

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