“Año de la diversificación productiva y del fortalecimiento de la Educación”
FACULTAD DE INGENERIA Escuela de ingeniería Civil
Curso:
Mecánica de Fluidos
Tema Tema :
Proyecto de Investigación Investig ación
Docente:
Giovene Pérez Campomanes
Ciclo:
I
!"o :
C#im$ote Per% &'()
Título. Aquí debe aparecer el Título Título del Proyecto.
Realidad Proble!tica
El investigador debe describir la situación real en la que se produce el problema inicialmente en forma general delimitando de manera específica lo que se intenta resolver.
De"inici#n del $roblea* escripción clara del Problema
Antecedentes. !on las investigaciones o e"periencias previas de otros investigadores en relación al problema a solucionar.
%arco Te#rico. Es el con#unto de conocimientos y e"periencias acumuladas y sistemati$adas por otros investigadores científicos y especialistas y que se encuentran registrados en libros% manuales% cat&logos% informes de investigación científica% publicaciones científicas autori$adas% referidas a teorías que apoyar&n la solución del problema materia de la investigación.
DI&E'( DE REPRE&A& PE)UE'A&
Realidad Proble!tica +l presente tra$a,o de investigación $i$liográ-ica tiene como o$,etivo dise"ar un con,unto de tu$er.as y asesor.as /ue presenta la represa en el dise"o a la estructura de almacenamiento de agua del Proyecto Civil 01 /ue tendrán la misma -unción pero con di-erentes aspectos del dise"o* +sta o$ra tendrá la -unción del almacenamiento de agua para a las zonas donde podrán desarrollar la agricultura y la producción de energ.a eléctrica* +n el Per% estas o$ras son de gran importancia de$ido a largas épocas de estia,e y con estas estructuras se $usca la regulación de este recurso para satis-acer las necesidades tanto de energ.a eléctrica1 como de a$astecimiento para el consumo ur$ano y para la producción agr.cola /ue son actividades muy importantes para el desarrollo de nuestro Per%* +n la mayor.a de las regiones áridas y semiáridas el agua constituye un recurso escaso cuya disponi$ilidad resulta esencial para el desarrollo económico y social* 2alvo contadas e3cepciones1 en las /ue el agua de lluvia es captada directamente mediante $alsas o depósitos arti-iciales1 normalmente ésta se recupera después de #a$er circulado super-icial a través de la cuenca #idrográ-ica*
De"inici#n del $roblea +l es/uema de una represa situada en un valle a (4)' m de altitud1 /ue toma agua de un r.o para la producción de energ.a eléctrica y el a$astecimiento a una zona de cultivo* +l o$,etivo del proyecto es dise"ar el con,unto de tu$er.as y accesorios necesarios para dic#a instalación como complemento se esta$lece /ue la Constructora /ue #a encargado el proyecto pretende minimizar costos para optimizar el dise"o de la instalación* +l recurso #.drico está siendo altamente a-ectado por la presión #umana so$re el mismo incremento de la demanda po$lacional1 agravando cada vez más su situación de disponi$ilidad de cantidad y calidad 5a relación e3istente entre el régimen de precipitaciones1 sus tasas de in-iltración6escorrent.a y los vol%menes de agua disponi$les en r.os y arroyos de una cuenca1 #a sido siempre un -actor de incertidum$re y1 por tanto de estudio* 5os estudios de $alance #.drico se realizan con el o$,etivo de determinar el estado actual de la o-erta y disponi$ilidad del recurso #.drico1 as. como la presión por la demanda del mismo1 teniendo en cuenta su distri$ución espacial y temporal*
Antecedentes 5a construcción de presas pe/ue"as data de #ace muc#os a"os y o$edece a la imperiosa necesidad de almacenar agua para consumo #umano1 de ganado1 para riego de cultivos o para el control de avenidas en tiempo de lluvia* 5a presa más antigua en Mé3ico data del a"o (7'' y se localiza en el +stado de Mé3ico so$re la corriente 8adó* Dic#a presa1 /ue reci$e el mismo nom$re de la corriente1 se construyó con el propósito de riego y cuenta con una altura má3ima de cortina de &4 metros* +l Comité Internacional de Grandes Presas 9IC5D; de-ine a las presas grandes y pe/ue"as de la siguiente manera: < =na presa pe/ue"a es a/uella /ue mide menos de () metros de altura* < =na presa grande es a/uella /ue supera una altura de () metros* 5as /ue miden entre (' ó () metros se consideran grandes cuando el dise"o presenta comple,os especiales*
Por otro lado1 tam$ién se dice /ue las presas pe/ue"as son a/uellas cuya capacidad de almacenamiento no e3cede de )'' ''' m> * tra varia$le a considerar es la longitud de la corona de la presa1 esta distancia comprende desde unos metros #asta cientos de metros* 2e puede notar /ue no e3iste un parámetro %nico para de-inir a una presa pe/ue"a1 por lo cual1 en este tra$a,o se tomaran como presa pe/ue"a a a/uellas /ue no so$repasen una altura de ?' metros1 independientemente de la longitud de corona1 el área del vaso o del volumen de almacenamiento* 5a construcción de presas pe/ue"as #a sido una constante en el desarrollo del pa.s #asta #ace unos a"os de$ido al impulso de megaproyectos con el -in de generar energ.a eléctrica@ esto #a #ec#o desviar la atención para la e,ecución de proyectos de pe/ue"as presas /ue satis-acen necesidades puntuales de la comunidad con presupuestos .n-imos comparados a los otros 5as presas pe/ue"as1 contrario a lo /ue se pueda imaginar1 plantean pro$lemas comple,os de esta$ilidad1 compresi$ilidad o permea$ilidad* +l sólo #ec#o de ser una o$ra #idráulica de menor dimensión #ace /ue ciertos aspectos sean más cr.ticos /ue en las grandes presas* +n o$ras de esta magnitud1 la e3ploración asume un papel importante1 entre otros1 ya /ue puede indicar si el proyecto es económica y técnicamente via$le* 5a e3ploración se podr.a dividir en tres -ases@ la primera1 del reconocimiento1 se proyecta principalmente para sostener la decisión de continuar con e3ploraciones más detalladas@ la segunda etapa1 de via$ilidad1 a/u. se determina el o$,eto1 magnitud1 plan esencial1 detalles1 $ene-icios y costos del proyecto para apoyar la autorización del mismo@ tercera etapa1 de las especi-icaciones1 complementa la etapa de la via$ilidad #asta o$tener los planos -inales y especi-icaciones del proyecto1 en esta etapa la construcción es inminente* Ca$e se"alar /ue la magnitud del proyecto no es el %nico -actor /ue incide en la necesidad de #acer más estudios1 tam$ién puede depender de las caracter.sticas del lugar o de los -actores #idrológicos* 5a altura o volumen de almacenamiento de una presa no son $uenos criterios para determinar el grado de comple,idad de la o$ra #idráulica@ por otro lado1 e3iste la tendencia desa-ortunada de ense"ar lo espectacular de las o$ras de ingenier.a ayudado por la magnitud de estas1 esto #a #ec#o /ue la literatura relativa a estructuras modestas sea poco numerosa en el pa.s1 es por ello /ue se #a decidido presentar este tra$a,o*
(b*etivos -Elaborar el diseño hidráulico de la represa con fundamentos académicos
(b*etivos Es$ecí"icos -Presentar un diseño de un conjunto de tuberías y accesorios necesarios para instalación de la represa hidráulica
-Demostraremos la aplicación de la ecuación de energía utilizando el programa !"anales para el diseño de la represa #tuberías y accesorios$ -Poner en práctica los conocimientos ad%uiridos en la unidad del curso de mecánica de &uidos fomentando el trabajo en e%uipo con ideas y soluciones!
%arco Te#rico La Re$resa En ingeniería se denomina presa o represa a una barrera fabricada con piedra' hormigón o materiales sueltos' %ue se construye habitualmente en una cerrada o des(ladero sobre un río o arroyo! )iene la (nalidad de embalsar el agua en el cauce &u*ial para su posterior apro*echamiento en abastecimiento o regadío' para ele*ar su ni*el con el objeti*o de deri*arla a canalizaciones de riego' para laminación de a*enidas #e*itar inundaciones aguas abajo de la presa$ o para la producción de energía mecánica al transformar la energía potencial del almacenamiento en energía cinética y ésta nue*amente en mecánica al accionar la fuerza del agua un elemento mó*il! +a energía mecánica puede apro*echarse directamente' como en los antiguos molinos' o de forma indirecta para producir energía eléctrica' como se hace en las centrales hidroeléctricas! :e sel v o l u me nd ea gu aq uequ ed ar e t e ni d op orl apr e s a. Elembal se sl apa r t ede lv a l l eq ue ,i n un dá nd os e,c on t i en ee la gu ae mb al s ad a. Elvaso:e punt oco nc r et odel t er r en odondesecons t r uy el apr es a. Lac e r r a d a:esel opi ament edi c ha,c uy asf u nc i one sbás i c ass on,porunl adog ar ant i z arl a L p a r esa:pr es t abi l i daddet odal ac ons t r uc c i ón,s opor t an dounempuj ehi dr os t át i c odel aguamuy f uer t e,yporot r onoper mi t i rl afi l t r ac i óndel aguahac i aabaj o. As uv ez ,enl ap r es as edi s t i ngue: Lo s ar onl asdoss uper fi c i esmásomenosv er t i c al espr i nc i pal esquel i mi t anel p ament os :s c uer podel apr es a,el i nt er i orodeaguasar r i ba,quees t áencont ac t oc onel agua,yel e xt er i orodeaguasabaj o. Lacor as uper fi c i equedel i mi t al apr e sas uper i or ment e. onaci ón:esl
Loses :l osl at er al esdel mu r oqu ees t ánenc ont ac t oc onl ac er r adac on t r al aqu es e t r i b o s apoya. as uper fi c i ei nf er i ordel apr es a,at r a vésdel ac ual des car gas upes oal Laci me nt a ci ón:l t e r r e n o . aes t r uc t ur ahi dr ául i c aporl aquer ebos ael agua Elal i vi ader oov e r t e d e r o:esl e x ceden t ar i ac uandol apr e say aes t ál l ena. :s onl osdi s pos i t i v osmec áni c osdes t i nadosar egul arel c audal deaguaa Lascompuer t as t r a vésdel apr es a. er mi t ema nt e ne re ld en omi n ad ocaudalecol gu asa b aj o Ladescar gadef ondo:p ógi coa d el ap r e sa . o ma ss Last ont ambi énes t r uc t ur ashi dr ául i c as ,per odemenorent i dad,ys onut i l i z adas
p ar aex t r ae rag uadel apr e sapar aunc i e r t ous o,c o mopu ed es era ba s t e ci mi e nt oau na c ent r al hi dr oel éc t r i c aoaunaci udad. mi t enl ana v egac i ón“ at r a v és ”del apr es a. Lasescl usas:queper
Las Tuberías: se denomina tuberías a los conductos %ue escurren agua complemente llenos y bajo presión' generalmente son de sesión circular' pero pueden adoptar otras formas' tal como la sesión de herradura ,u *enta de las tuberías con respecto a canales es la menor perdida de agua por (ltración y e*aporación' su ruta pude ser más corta incluso puede ascender el &ujo de agua 'por efecto dela gradiente hidráulica La Tubería Forzada es la tubería . lle*a el agua a presión desde el canal o el embalse hasta la entrada de la tubería
5os !ccesorios : +s el con,unto de piezas moldeadas o mecanizadas /ue unidas a los tu$os mediante un procedimiento determinado -orman las l.neas estructurales de tu$er.as de una planta de proceso* < codos son accesorios de -orma curva /ue se utilizan para cam$iar la dirección del -lu,o de las l.neas tantos grados como lo especi-i/uen los planos o di$u,os de tu$er.as* Ti posdepr esas Losdi f er ent est es pon denal asdi v er s aspos i bi l i dadesdec umpl i rl adobl e i posdepr esasr e xi genc i ader e si s t i rel empuj edel aguaye va cu ar l ac uandoseapr e ci s o.Encadacas o,l as c ar ac t er í s t i c asdel t er r enoyl osus osques el equi er adaral agua,c ondi c i onanl ael ec ci ón d el t i p od ep r e s amá sad ec u ad o. Ex i s t e nn ume r o s ost i p os ,c o me nz a nd oc o nq uepu ed eh ab l a r s edepr e s asfi j a somó v i l e s , p er op r i me r od eb emo sc l a s i fi c a r l a se nd osgr a nd esgr u po ss e gú ns ue s t r u c t u r ays eg únl o s mat e r i a l e semp l e ad ose ns uc on s t r u cc i ó n.
Segúnsuest r uct ur a
ont o da saq ue l l a senl a squ es upr op i ope soese le nc ar g adode –Pr esasdegr avedad:s r es i s t i rel empuj edel agua.El empuj edel embal s eest r ans mi t i dohac i ael s uel o,porl oque és t edebes ermuyes t abl ec apazder es i s t i r ,el pes odel apr es aydel embal s e. Co ns t i t u y enl a sr e pr e sa sdema y ord ur a bi l i d adyq ueme no rma nt en i mi en t or e qu i e r e n. Sues t r u ct u r ar e cue r d aal adeu nt r i á ng ul oi s ós c el e sy aquesuba see sa nc hays ev a e s t r e c h an doame di d aq ues eas c i e nd eh ac i al apa r t es up er i o ra un qu ee nmu c h osc a s o se l l adoquedaal embal s eesc as idepos i c i ónv er t i c al .Lar az ónporl aquee xi s t euna d i f e r en ci an ot ab l eene lg r o so rd e lmur oame di d aqu ea umen t al aa l t u r ad el apr e sas e d eb eaq uel ap r e s i ó ne ne lf o nd od el e mb al s ee sma y o rq uee nl as u pe r fi c i e ,d ee s t a f o r ma ,e lmu r ot e nd r áq ues op or t a rmá sf ue r z aene ll e ch od elcauceq uee nl asu pe r fi c i e . Lai nc l i nac i ónsobr el acar aaguasar r i bahac equeel pes odel aguasobr el apr es a i nc r ement es ues t abi l i dad. :s ont od asaqu el l a se nl a sq ues up r o pi af o r mae s –Pr esasdebóvedaopr esasenar co l aenc ar g adader e si s t i rel emp uj edel agua.Debi doaquel apr es i ónset r ans fi er eenf or ma mu yc on cen t r a daha ci al a sl a de r a sdel ac er r a da ,s er e qui er equeés t as eader o camu y dur ayr es i s t e nt e.Cons t i t uy enl asr epr es asmási nno v ador asencua nt oal di s eñoyque me no rc a nt i d add eh or mi g óns en ec e s i t ap ar as uc o ns t r u c c i ó n. Cuandol apr es at i enec ur v at ur aenel pl anov er t i c al yenel pl anohor i z ont al ,t ambi éns e d en omi n ad eb óv e da .Pa r al o gr a rs u sc omp l e j a sf o r ma ss ec o ns t r u y enc onho r mi g óny r equi er engr anhab i l i dadyex per i enc i ades uscons t r uc t or esquedebenr ec ur r i ras i s t emas c o ns t r u c t i v o spo c oc o mu ne s .
Central hidroeléctrica En una central hidroeléctrica se utiliza energía hidráulica para la generación de energía eléctrica! ,on el resultado actual de la e*olución de los antiguos molinos %ue apro*echaban la corriente de los ríos para mo*er una rueda! En general' estas centrales apro*echan la energía potencial gra*itatoria %ue posee la masa de agua de un cauce natural en *irtud de un desni*el' también conocido como salto geodésico! El agua en su caída entre dos ni*eles del cauce se hace pasar por una turbina hidráulica la cual transmite la energía a un generador donde se transforma en energía eléctrica! Desvío del cauce de agua El principio fundamental de esta forma de apro*echamiento hidráulico de los ríos se basa en el hecho de %ue la *elocidad del &ujo de estos es básicamente constante a lo largo de su cauce' el cual siempre es descendente! Este hecho re*ela %ue la energía potencial no es íntegramente con*ertida en cinética como sucede en el caso de una masa en caída lib re' la cual se acelera' sino %ue ésta es in*ertida en las llamadas pérdidas' es decir' la energía potencial se /pierde/ en *encer l as fuerzas de fricción con
el suelo' en el transporte de partículas' en formar remolinos' etc!! Entonces esta energía potencial podría ser apro*echada si se pueden e*itar las llamadas pérdidas y hacer pasar al agua a tra*és de una turbina! El conjunto de obras %ue permiten el apro*echamiento de la energía anteriormente mencionada reciben el nombre de central hidroeléctrica o idráulica!
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