UNIVERSIDAD ALAS PERUANAS FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA Escuela Académica Profesional de Ingenierí a Civil.
INGENIERÍA HIDRÁULICA DOCENTE : ING. CARMEN VICTORIA MOROTE MOROTE ARIAS ARIAS CURSO
: FUNDAMENTOS DE LA INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
ALUMNOS:
RAMÍREZ QUISPE, Indira VENTURA YUPANQUI, Liliana CORONADO MEDINA, Miqueas PACHECO SIERRALAYA, Víctor PERALTA GAMBOA, Rony HUAYTA CARITAS, Henry
AYACUCHO, NOVIEMBRE DEL 2016
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DEDICATORIA
De manera muy especial, dedicamos este trabajo monográfico a nuestra universidad Alas Peruanas. Por brindarnos los conocimientos y experiencias que nos transmiten por intermedio de sus docentes.
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... .......................................................................................................................... 5 1. INGENIERÍA HIDRÁULICA. ................................................................... .............................................................................................. ........................... 6 1.1. RECURSOS HÍDRICOS. ............................................................................................................ 6 ............................................................. .... 7 1.2. PROBLEMA DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS. .........................................................
1.3. QUÉ HACE UN INGENIERO EN RECURSOS HÍDRICOS ................................................. 8
2. COMPUERTA HIDRÁULICA ............................................................................................. 10 2.1. TIPOS DE COMPUERTAS HIDRÁULICAS. ........................................................................ 11 .......................................................................................................... ........................................... 11 2.2. SISTEMA DE DRENAJE. ...............................................................
2.3. SISTEMAS DE ACUEDUCTOS. .............................................................................................. 12 2.4. FONTANERÍA. ........................................................................................................................... 12 2.5. RIEGO. ......................................................................................................................................... 13
3. SANEAMIENTO. ................................................................................................................... .................................................................................................................. 13 4. MECÁNICA DE FLUIDOS ............................................................................................... .................................................................................................. ... 14 ................................................................................ ..................... 15 4.1. ÁMBITO 4.1. ÁMBITO DE MECÁNICA MECÁNICA DE FLUIDOS ...........................................................
4.2. APLICACIÓN 4.2. APLICACIÓN DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS FLUIDOS A LAS TURBO MÁQUINAS MÁQUINAS ............. 15 4.2.1. BOMBA ...................................................................................................................................... 15 4.2.2. TURBINA ................................................................................................................................... 16 4.3. RAMAS DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS ............................................................................ 17 .......................................................................................................... ........................................... 17 4.4. ESTÁTICA DE FLUIDOS ...............................................................
4.5. DINÁMICA DE FLUIDOS ........................................................................................................ 18 4.6. CINEMÁTICA ............................................................................................................................. 18 4.7. PROPIEDADES DE UN FLUIDO. ......................................................................................... 19 4.7.1. 4.7.2. 4.7.3. 4.7.4.
DEFINICIÓN DE UN FLUIDO .............................................................................................. 19 VISCOCIDAD. .......................................................................................................................... 19 LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD VI SCOSIDAD ............................................................................ 20 ESFUERZO CORTANTE T ..................................................................................................... 20 5. CANALES DE IRRIGACIÓN ........................................................................................... ............................................................................................. ... 21 5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES PARA RIEGO ......................................................... 21 .............................................................. 21 5.2. CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU UTILIDAD ..........................................................
5.2.1. 5.2.2. 5.2.3.
NAVEGACIÓN .......................................................................................................................... 21 CONDUCCIÓN. ........................................................................................................................ 22 LOS CANALES DE RIEGO Y LOS HIDROELÉCTRICOS ................... ..................... 24 6. OBRAS REPRESENTATIVA........................................................... ............................................................................................... .................................... 24 6.1. Canal de Suez ........................................................................................................................... 24 3
6.2. Canal de Kiel. ............................................................................................................................ 25 6.3. Canal de Panamá ..................................................................................................................... 26 6.4. Presa de Asuán ......................................................................................................................... 27 6.5. Presa de la 3 Gargantas. ....................................................................................................... 31 6.6. Presa de Tucurui ...................................................................................................................... 32 6.7. Grandes obras hidráulicas en Perú ................................................................................... 33
7. CONCLUSIONES .................................................................................................................. 37 BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................... 39
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INTRODUCCIÓN La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, sea para la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otras construcciones. Entre ellas está la presa de Cucho quesera que abastece de agua a la ciudad de Ayacucho, aunque el desarrollo moderno de la hidráulica sea comparativamente reciente, las antiguas civilizaciones estaban familiarizadas con muchos principios hidráulicos y sus usos. Los Incas y la Culturas antigua de Perú transportaron el agua a lo largo de canales para la irrigación y propósitos domésticos, usando las presas y esclusas para controlar el caudal. El otro empleo de los Principios de la ingeniería Hidráulica es el empleo de las Turbo maquinas (Bombas y turbinas), que se empleas en el transporte de un fluido de un lugar a otro o la generación de energía con las turbinas. Dentro de los Recursos Hídricos encontramos EL AGUA el cual es esencial para la supervivencia y el bienestar humanos, y es importante para muchos sectores de la economía. Los recursos hídricos se encuentran repartidos de manera desigual en el espacio y el tiempo, y sometidos a presión debido a las actividades humanas.
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1. INGENIERÍA HIDRÁULICA. Esta es una de las ramas de la ingeniería civil que se encarga de proyectar ,Ejecutar obras que tienen relación directa con el agua, y se emplea para distintas Esta es una de las ramas típicas de la ingeniería civil se ocupa de la proyección y realización de obras relacionadas con agua se emplea para las diferentes funciones, como la observación de la energía hidráulica, para la irrigación, potabilización para la irrigación potabilización canalización y para la construcción de estructuras en mares, ríos y lagos. Imagen N°1.
1.1. RECURSOS HÍDRICOS. Un recurso es una materia prima o un bien que dispone de una utilidad en pos de un objetivo. Por lo general se trata de algo que satisface una necesidad o que permite la subsistencia. Hídrico, por su parte, es aquello que está vinculado al agua. Los recursos hídricos son los cuerpos de agua que existen en el planeta, desde los océanos hasta los ríos pasando por los lagos, los arroyos y las lagunas. Estos recursos deben preservarse y utilizarse de forma racional ya que son indispensables para la existencia de la vida.
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Imagen N°2.
1.2. PROBLEMA DE LOS RECURSOS HIDRÁULICOS. El problema es que, aunque en su mayoría son recursos renovables, la sobre explotación y la contaminación que provocan diversas actividades humanas hacen que los recursos hídricos estén en riesgo. Su capacidad de regeneración muchas veces no resulta suficiente ante el ritmo de su uso. Una de las grandes dificultades que enfrenta la Humanidad es la falta de agua dulce; más del 97% del agua de la Tierra es agua salada, cuyo aprovechamiento es complejo. Por eso el agua dulce, que se utiliza para el consumo humano y un sinfín de actividades, es tan importante. En concreto, las estimaciones llevadas a cabo vienen a establecer que el 100 % del agua total del planeta se distribuye de la siguiente manera: 97,47 % de agua salina, 2,53 % de agua dulce, 1,76 % de glaciares y capas polares, 0,76 % de agua subterránea y 0,01 % de lagos, ríos y atmósfera. La construcción de presas y el tratamiento de aguas residuales son algunas de las estrategias que se llevan a cabo para obtener recursos hídricos que puedan aprovecharse. El desafío es que todo aquello que se realiza para conservar el agua dulce resulte suficiente para contrarrestar el abuso y la eliminación de ésta.
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Además de todo lo expuesto, no podemos pasar por alto que los expertos coinciden en subrayar que otro de los grandes problemas que presentan los recursos hídricos en la actualidad es la contaminación que están sufriendo, como consecuencia de diversos actos del ser humano como sería el caso de los vertidos. Por ese motivo, se han puesto en marcha distintas iniciativas y se apuesta por tomar medidas, tales como la creación de plantas de tratamiento de aguas residuales, creación de órganos de control, evitar el consumo de productos industriales. Imagen N°3.
1.3. QUÉ HACE UN INGENIERO EN RECURSOS HÍDRICOS El ingeniero en recursos hídricos es capaz de aplicar las siguientes habilidades adquiridas en su formación:
Las habilidades desarrolladas para:
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Realizar el estudio y evaluación del recurso hídrico y ejecución de obras
asociadas con el aprovechamiento y control del mismo. - Confeccionar y dirigir el proyecto y ejecución de medidas que propendan al uso y manejo racional de los recursos hídricos. - Aplicar su esfuerzo intelectual en equipos interdisciplinarios, que aporten soluciones integrales a los problemas que enfrenta la sociedad en materia de recursos hídricos.
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-
Efectuar investigaciones que se traduzcan en un avance del conocimiento de las ciencias hídricas y aplicarlas a los problemas regionales y nacionales que lo requieran.
Evaluar la incidencia sobre el ambiente de las medidas estructurales y no estructurales vinculadas al recurso, propendiendo a la preservación de la calidad ambiental. - Participar y asesorar en la elaboración e implementación de políticas y normas destinadas al uso y aprovechamiento del recurso. -
El desarrollo de sus habilidades dentro de la realidad regional y nacional, que se vinculan con:
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-
El compromiso de servir a la sociedad desde sus conocimientos especializados en materia hídrica, actuando como cogestor de las transformaciones sociales que permitan alcanzar una mejor calidad de vida del conjunto del cuerpo social. El desarrollo del pensamiento crítico y reflexivo, y de la creatividad aplicada a la ingeniería. La motivación para proseguir su perfeccionamiento permanente. La conciencia para defender el patrimonio cultural y tecnológico del país, sustentando valores espirituales y éticos vinculados a la persona humana. Por otra parte, la Res. 13/04 del Ministerio de Educación de la Nación, que fija los estándares que debe cumplir esta carrera, define las actividades profesionales que están reservadas al título de Ingeniero en Recursos Hídricos: A. Realizar estudios, proyectar, dirigir y supervisar la construcción, operación y mantenimiento de obras de: 1. Explotación de aguas subterráneas. 2. Regulación, almacenamiento, captación, conducción y distribución de 3. 4. 5. 6.
agua. Evacuación de efluentes a cursos y cuerpos de agua y de tratamiento de efluentes cloacales. Riego, drenaje y manejo de excedentes hídricos, urbanos y rurales. Control, corrección, regulación fluvial y erosión hídrica generalizada y local en cursos de agua. De obras destinadas al aprovechamiento de la energía hidráulica y sus obras civiles complementarias. 9
7. Instalaciones hidromecánicas y sus obras civiles complementarias. 8. Portuarias y las relacionadas con la navegación fluvial y marítima. 9. De arte, relacionada con los aspectos hidráulicos de las vías de comunicación y aeropuertos. 10. Destinadas al almacenamiento, conducción y distribución de fluidos. B. Planificar, evaluar y gestionar el uso y la administración de los recursos hídricos. C. Planificar, ejecutar y dirigir estudios: 1. Hidrométricos y topográficos destinados a la evaluación de los recursos hídricos. 2. Topográficos destinados al proyecto, dirección, inspección y construcción de las obras a las que se refiere el inciso A. D. Evaluar los recursos hídricos –meteóricos, superficiales y subterráneos – en cantidad y calidad. E. Asesorar en la elaboración de normas relacionadas con el uso y aprovechamiento de los recursos hídricos. F. Realizar estudios, tareas y asesoramiento relacionados con: 1. Mecánica de suelos y mecánica de rocas. 2. Contaminación de los recursos hídricos. 3. Higiene, Seguridad y Gestión Ambiental relacionados con el uso y aprovechamiento de los recursos hídricos. 4. Asuntos de Ingeniería Legal, Económica y Financiera relacionados con los incisos anteriores.. 2. COMPUERTA HIDRÁULICA Una compuerta hidráulica es un dispositivo hidráulico-mecánico destinado a regular el pasaje de agua u otro fluido en una tubería, en un canal, presas, esclusas, obras de derivación u otra estructura hidráulica.
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2.1. TIPOS DE COMPUERTAS HIDRÁULICAS. Principales tipos de compuertas. Para canales, presas, esclusas y obras hidráulicas de envergadura los principales tipos de compuertas son: - Compuerta tipo anillo - Compuerta tipo basculante, también denominada clapeta o chapaleta - Compuerta tipo cilindro - Compuerta tipo esclusa - Compuerta tipo lagarto - Compuerta tipo rodante - Compuerta tipo sector - Compuerta tipo segmento - Compuerta tipo Stoney - Compuerta tipo tambor - Compuerta tipo tejado - Compuerta tipo plana (deslizante o con ruedas) - Compuerta tipo vagón (tipo de compuerta plana). - Compuerta tipo visera - Compuerta tipo ataguía. - Compuertas automáticas para control de nivel - Compuertas para el control de nivel aguas arriba: Compuerta AMIS - Compuertas para el control de nivel aguas abajo: Compuerta AVIS Para tuberías los principales tipos de compuertas, también llamadas válvulas, son: - Válvula esférica - Válvula mariposa - Válvula Aguja
2.2. SISTEMA DE DRENAJE. La función principal de un sistema de drenaje es la de permitir la retirada de las aguas que se acumulan en depresiones topográficas del terreno, causando inconvenientes ya sea a la agricultura o en áreas urbanizadas. El origen de las aguas puede ser: - Por escurrimiento superficial
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-
-
Por la elevación del nivel freático, causado por el riego, o por la elevación del nivel de un río próximo Directamente precipitadas en el área.
2.3. SISTEMAS DE ACUEDUCTOS. El acueducto es un sistema o conjunto de sistemas de irrigación que permite transportar agua en forma de flujo continuo desde un lugar en el que está accesible en la naturaleza, hasta un punto de consumo distante. Imagen N°4.
2.4. FONTANERÍA. La fontanería, plomería o gasfitería es la actividad relacionada con la instalación y mantenimiento de redes de tuberías para el abastecimiento de agua potable y evacuación de aguas residuales, así como las instalaciones de calefacción en edificaciones y otras construcciones. Imagen N°5.
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2.5. RIEGO. El riego consiste en aportar agua al suelo para que los vegetales tengan el suministro que necesitan favoreciendo así su crecimiento. Se utiliza en la agricultura y en jardinería. Imagen N°6.
3. SANEAMIENTO. El saneamiento ambiental básico es el conjunto de acciones técnicas y socioeconómicas de salud pública que tienen por objetivo alcanzar niveles crecientes de salubridad ambiental. Comprende el manejo sanitario del agua potable, las aguas residuales y excretas, los residuos sólidos y el comportamiento higiénico que reduce los riesgos para la salud y previene la contaminación. Tiene por finalidad la promoción y el mejoramiento de condiciones de vida urbana y rural. Imagen N°7.
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Imagen N°8.
4. MECÁNICA DE FLUIDOS La Mecánica de Fluidos es una ciencia especializada en el estudio de los fluidos en reposo y en movimiento, los fluidos incluyen tanto a los líquidos como a los gases. La Mecánica de Fluidos forma parte de muchas ciencias e ingenierías, porque proporciona los fundamentos y herramientas necesarias para explicar y evaluar procesos y mecanismos; así como para diseñar equipos y estructuras que trabajan con fluidos en diversas áreas tecnológicas. Imagen N°9.
Tales aplicaciones van desde el transporte de líquidos y gases en las industrias, la generación de energía eléctrica, la conducción de agua para consumo humano y riego, la regulación del cauce de los ríos, la protección de la línea costera, la 14
construcción de vehículos terrestres, acuáticos y aéreos, hasta los órganos artificiales de circulación sanguínea y de respiración. La ingeniería de fluidos puede dividirse, principalmente, en los siguientes campos de aplicación: Hidráulica, Hidrología, Hidrometeorológica, Hidráulica Industrial, Turbo máquinas, Máquinas Térmicas, Aerodinámica y Energética, Modelamiento Hidráulico. La Mecánica de fluidos aplica las leyes fundamentales del equilibrio y movimiento de los fluidos en sus conceptos fundamentales para aplicación es en:
Tuberías Canales estructuras hidráulicas
centrales hidroeléctricas Riegos
Ingeniería ambiental e ingeniería industrial.
4.1. ÁMBITO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Existen dos tipos de fluidos: gases y líquidos, siendo el aire y el agua los más comunes. En muchos aspectos de nuestra vida diaria está presente la mecánica de fluidos, como en el flujo de tuberías y canales, los movimientos del aire y de la sangre en el cuerpo, el movimiento de proyectiles, los chorros, las ondas de choque, etc. 4.2. APLICACIÓN DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS A LAS TURBO MÁQUINAS 4.2.1. BOMBA Es aquella turbo máquina que se emplea para entregar energía a un flujo (fluido en movimiento). La bomba generalmente eleva la presión de un fluido en movimiento, es decir, por un lado entra el fluido a cualquier presión y por el otro lado sale a una presión superior y constante. en donde existe una bomba tenemos en cuenta (Mecánica de fluidos I F. Ugarte P.)
Flujo adiabático y no viscoso Flujo permanente y unidimensional Flujo uniforme en las secciones de entrada y salida.
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Imagen N°10.
4.2.2. TURBINA Es aquella turbo máquina que se emplea para extraer energía de un flujo. Cuando un fluido en movimiento atraviesa una turbina, la presión en dicho flujo decrece o disminuye. Ahora apliquemos la “ECUACION DE ENERGIA” a un sistema o volumen de control en donde existe una
turbina tenemos en cuenta: (Mecánica de fluidos I F. Ugarte P.)
Flujo adiabático y no viscoso Flujo permanente y unidimensional Flujo uniforme en las secciones de entrada y salida. Imagen N°11.
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4.3. RAMAS DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS Son las siguientes: Imagen N°12. RAMAS DE LA MECANICA DE FLUIDOS
ESTATICA DE
DINAMICA DE
FLUIDOS
FLUIDOS
CINEMATICA
4.4. ESTÁTICA DE FLUIDOS Es el estudio de la mecánica de fluidos en reposo, es decir, trata a los fluidos en el estado de equilibrio sin esfuerzo cortante. y un ejemplo aplicativo en la ciudad de Ayacucho es la Presa cuchoqusera La Presa Cuchoquesera se ubica en el cauce del río Chahuamayo, en el departamento de Ayacucho. El embalse está destinado a regular la descarga de los ríos Chicllarazo, Apacheta y Choccoro, afluentes del río Cachi, todos ellos ubicados por encima de la cota 3700 m.s.n.m. El volumen del embalse está estimado en 80 MMC. El proyecto está constituido básicamente por la presa principal y dos diques, así como su equipamiento hidromecánico. Imagen N°13.
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4.5. DINÁMICA DE FLUIDOS Es el estudio de la mecánica de fluidos que trata de las relaciones entre velocidades y aceleraciones y las fuerzas ejercidas por o sobre fluidos en movimiento. El ejemplo aplicativo en el departamento de Ayacucho. Son parte del Proyecto Especial Río Cachi que se desarrolla en el departamento de Ayacucho. El objetivo de este Proyecto es de propósitos múltiples, ya que está destinado a regadío, generación de energía eléctrica y suministro de agua potable para la ciudad de Ayacucho. El esquema previsto para su desarrollo es: captación, almacenamiento, conducción y transvase de las aguas del río Cachi. Dentro de este esquema, la etapa que se ejecutó consistió en la denominada Derivación Apacheta - Choccoro, que comprende la captación de los recursos hídricos del río Churiac, llevándolos al río Apacheta y la derivación de las aguas de este río hacia el río Choccoro, con lo cual el caudal aportado al río Apacheta es de 1,8 m3/s, mientras que para el río Choccoro llega a 5,4 m3/s. Imagen N°14.
4.6. CINEMÁTICA Es el estudio de la mecánica de fluidos que trata de las velocidades y las lineas de corriente sin considerar fuerzas y energías. Un ejemplo aplicativo son las CENTRALES HIDROELECTRICAS Una central hidroeléctrica es una instalación que permite aprovechar las masas de agua en movimiento que circulan por los ríos para transformarlas en energía eléctrica, utilizando turbinas acopladas a los alternadores. 18
4.7. PROPIEDADES DE UN FLUIDO. Propiedades de un fluido son aquellas magnitudes físicas cuyo valor nos define el estado en que se encuentra. Son propiedades la presión, la temperatura (común a todas las sustancias), la densidad, la viscosidad, la elasticidad, la tensión superficial, etc. 4.7.1. DEFINICIÓN DE UN FLUIDO Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente (ángulo a) cuando se le aplica un esfuerzo tangencial por pequeño que sea. Con un dF, la placa se movería a una velocidad du. Imagen N°15. B
F
B'
C
C'
A
D
Imagen N°16. u B
v
F u
B'
placa móvil B''
B'''
v A
placa fija
4.7.2. VISCOCIDAD. Viscosidad (m) de un fluido es la resistencia a que las distintas láminas deslicen entre sí.
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4.7.3. LEY DE NEWTON DE LA VISCOSIDAD La resistencia debida a la viscosidad depende, además, de la variación de velocidad entre las capas: velocidad de deformación (dv/dy). No es lo mismo intentar sacar una cuchara de un tarro de miel despacio que rápido (mayor resistencia). Imagen N°17. u B
v
F u
B'
placa móvil B''
B'''
v A
placa fija
4.7.4. ESFUERZO CORTANTE T A dicha resistencia, por unidad de superficie , que aparece entre dos láminas deslizantes, cuya variación de velocidad es dv y su separación dy es lo que se llama esfuerzo cortante :
dv
dy
Imagen N°18.
perfil de velocidades v v
dy
dy
dv
v
dv'
placa fija
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5. CANALES DE IRRIGACIÓN Los canales de riego tienen la función de conducir el agua desde la captación hasta el campo o huerta donde será aplicado a los cultivos. Son obras de ingeniería importantes, que deben ser cuidadosamente pensadas para no provocar daños al ambiente y para que se gaste la menor cantidad de agua posible Los canales del sistema de distribución de agua para riego se clasifican de la siguiente manera: 5.1. CLASIFICACIÓN DE LOS CANALES PARA RIEGO Son los siguientes: - Canales principales. - Canales laterales, sublaterales, ramales, subramales y acequias que llevan el agua a los surcos o melgas. - Cauces naturales o arroyos, que en ocasiones se utilizan como parte del sistema de distribución de agua con fines de riego. Imagen N°19.
5.2.CLASIFICACIÓN DE ACUERDO A SU UTILIDAD Los podemos clasificar en canales de navegación y canales de conducción. 5.2.1. NAVEGACIÓN Son cauces artificiales o ríos canalizados, destinados a la circulación de botes, barcazas o buques. Ejemplo de ellos son los canales de Suez y el de Panamá que comunican dos océanos. Para que un canal sea perfectamente navegable hay que evitar la evolución de los meandros y las curvas demasiado cerradas y lograr profundidades específicas. Las 21
dimensiones del canal se determinan por el tamaño y velocidad de los barcos que los han de utilizar. Como forma de sección transversal. suele adoptarse una de transición entre la parábola y el trapecio. En estos canales el agua está en reposo y su superficie libre es horizontal; los desniveles del terreno se salvan con esclusas; una vez la embarcación entra en la esclusa. Se cierran las compuertas y se hace bajar o subir el nivel del agua según navegue hacia abajo o hacia arriba. Los canales de navegación consumen cierta cantidad de agua a causa de las maniobras de las esclusas, de la evaporación, etc., por lo que hay que reponer el agua de vez en Imagen N°20.
5.2.2. CONDUCCIÓN. Se debe tener en cuenta la clase de material del fondo y de los laterales del canal, pues la velocidad de circulación del agua tiene que ser lo suficientemente baja para que no erosione la obra del canal y lo bastante alta para que no se sedimente el lodo que transporta. La velocidad de circulación del agua en un canal está directamente relacionada con el material que reviste las paredes; cuanto más rugoso o imperfecto como puede ser un canal con pastizales - el agua encuentra más resistencia a su avance y por lo tanto tiene una velocidad menor.
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Imagen N°21.
Los canales pueden ser revestidos o sin revestir, siendo los materiales empleados en el revestimiento hormigón armado, capas bituminosas, ladrillo o bloques de piedra. El revestimiento además de otorgarle una menor resistencia al avance, impide que el agua erosione los taludes, permitiendo entonces por estas dos razones que se pueda llevar agua a mayor velocidad y por ende en mayor cantidad. En los lugares donde el agua es escasa, es obligatorio revestir los canales a fin de reducir las pérdidas de agua por evaporación y por filtración (pasaje del agua al suelo). Imagen N°22.
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Imagen N°23.
5.2.3. LOS CANALES DE RIEGO Y LOS HIDROELÉCTRICOS Se diferencian en que en los primeros es necesaria cierta pendiente longitudinal pronunciada. Mientras que en los segundos la pendiente ha de ser mínima para conservar el desnivel energético (la altura de agua debe ser aprovechada para generar energía y todo lo tanto lo que se pierda en el canal es menos dinero que entra a la empresa) En los canales hidroeléctricos la velocidad es escasa, están provistos de aliviaderos para evacuar los excesos y también se prevén amplios resguardos. 6. OBRAS REPRESENTATIVA 6.1.Canal de Suez El famoso Canal de Suez, una vía artificial de navegación con una longitud de 163 Kilómetros que une el Mar Mediterráneo con el Mar Rojo a través de la península del Sinaí en territorio egipcio, fue inaugurado oficialmente el 17 de noviembre de 1869. Esto hizo posible permitir un tránsito marítimo directo entre Europa y Asia, eliminando la necesidad de rodear toda África como venía siendo habitual hasta entonces, lo que impulsó un gran crecimiento en el comercio entre los dos continentes. Bajo en control de la Suez Canal Authority en la actualidad, el Canal de Suez cuenta con 163 kilómetros de largo por 300 metros de ancho, iniciándose en el 24
Mar Mediterráneo desde el Punto Said hacia Ismailia en Egipto, terminando en el Golfo de Suez. Permite el paso de barcos de hasta 20 metros de calado, 240.000 toneladas de peso muerto y una altura máxima de 68 metros por encima del nivel del agua. La mayor parte del Canal de Suez no es lo suficientemente ancho para que dos barcos puedan pasar simultáneamente, por lo que para solucionar esto, existe una vía de navegación y varias bahías donde los barcos que van en sentido contrario pueden esperar al tránsito hasta que la vía quede libre. Imagen N°24.
6.2.Canal de Kiel. El Canal de Kiel es una vía artificial de agua del noroeste de Alemania, que comunica el mar del Norte con el mar Báltico. El canal se extiende en dirección noreste a través del estado de Schleswig−Holstein, desde Brunsbüttelkoog, cerca de la desembocadura del río Elba, hasta Kiel, en el Báltico. El canal, que está bastante nivelado, sólo necesita esclusas en su último tramo donde confluyen las mareas del mar del Norte y del Báltico. Las cámaras de las esclusas tienen 42 metros de anchos y 310 metros de largo. Las esclusas extremas permanecen abiertas la mayor parte del tiempo para facilitar su navegación. El tránsito es posible durante 24 horas. El canal, mide 98,637 km de longitud, 102 m de anchura y 11 m de profundidad.
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Imagen N°25.
6.3.Canal de Panamá El canal de Panamá es una vía de navegación interoceánica entre el mar Caribe y el océano Pacífico que atraviesa el istmo de Panamá en su punto más estrecho, cuya longitud es de 65 km.1 Hay esclusas en cada extremo para elevar los barcos hasta el lago Gatún, un lago artificial creado para reducir la cantidad de trabajo requerido para la excavación del canal, a 26 metros sobre el nivel del mar, para después descenderlos hasta el nivel del Pacífico o el Atlántico. Desde su inauguración el 15 de agosto de 1914, ha conseguido acortar en tiempo y distancia la comunicación marítima, dinamizando el intercambio comercial y económico al proporcionar una vía de tránsito corta y relativamente barata entre los dos océanos, influyendo decisivamente en los patrones del comercio mundial, impulsando el crecimiento económico de los países desarrollados y en vías de desarrollo, además de proporcionar el impulso básico para la expansión económica de muchas regiones remotas del mundo. En 2012, Estados Unidos, China, Chile, Japón y Corea del Sur fueron los cinco principales usuarios del canal, que lleva de ocho a diez horas cruzar. Antes de su apertura, los pasos naturales utilizados entre los océanos Atlántico y Pacífico eran el estrecho de Magallanes y el cabo de Hornos, ubicados en el extremo austral de Chile.9 El canal de Panamá y su construcción están
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consideradas como una de las grandes obras de la ingeniería mundial del siglo XX. Imagen N°26.
6.4.Presa de Asuán Historia Sin la presa de Asuán, el río Nilo inundaba cada verano llanuras fértiles de todo el valle, debido a la afluencia de aguas de toda África. Estas inundaciones espectaculares han dado forma a la historia de los habitantes de Egipto, estas inundaciones trajeron los nutrientes y minerales (limo) que hicieron fértil a la tierra, y permitieron a los agricultores cultivarlas. A lo largo de las décadas se han tenido que controlar las inundaciones del Nilo ya que durante años se perdieron cosechas enteras, mientras que en los años en que las inundaciones disminuían la población sufría sequía y el hambre. El objetivo de este proyecto era controlar las inundaciones, la generación de electricidad para el país, y constituir una reserva de agua para la agricultura. Diseño de la Alta Presa de Asuán En 1952, el presidente egipcio Gamal Abdel Nasser comenzó este proyecto con el objetivo de que el agua fuera disponible durante todo el año y así ampliar las zonas de riego, mejorar la navegación en el río y producir el electricidad, asimismo, reducir los daños causados por inundaciones o sequías. Nasser pidió sobre todo una ayuda financiera y técnica a los Estados Unidos y Gran Bretaña que, en un primer momento, accedió a ayudar en su construcción, 27
con un préstamo de $ 270 millones. Pero el proyecto fue cancelado en julio de 1956 por razones aún oscuras. Un acuerdo secreto de armas con Checoslovaquia (Bloque Comunista) y el reconocimiento por parte de Egipto de la República Popular de China son las probables razones según los historiadores. Poco después, Nasser nacionalizó el Canal de Suez para financiar la presa por el costo del pasaje. Este episodio dio lugar a la crisis del Canal de Suez, que terminó con la orden de las Naciones Unidas a Francia, Gran Bretaña e Israel a evacuar el territorio egipcio, y por lo tanto la victoria de Nasser. También con la construcción de esta presa, Egipto trató de ser parte de la esfera de influencia soviética y Nasser se volvió hacia la Unión Soviética, que tendría una tercera parte de la construcción y proporcionaría más de 400 técnicos. Egipto, a continuación, dejó de formar parte de los Países No Alineados. La construcción de la Presa de Aswan La construcción de la presa de Asuán duró aproximadamente once años y ha movilizado a unas 30.000 personas. Construir 6 km aguas arriba de la antigua presa de Asuán es un libro gigante de 42,7 millones de metros cúbicos, 3.600 metros de largo, 980 metros de grosor en su base y 40 metros en su parte superior e inferior de 111 metros. Máximo, 11.000 m³ de agua por segundo pueden pasar por las puertas de la presa. Por otra parte, en caso de emergencia, 5000 m³ por segundo puede ser evacuados por el canal de Toshka conectar el depósito a la depresión Toshka. El depósito forma el lago Nasser, a unos 550 km de largo por 10 km de ancho en (máximo 35 km) promedio, un área de 5.250 km2 y una capacidad de almacenamiento de 157 km3 de agua. La presa tiene doce generadores de 175 megavatios cada una, produciendo 2,1 gigavatios de energía hidroeléctrica. La operación eléctrica se inició en 1967. Cuando la primera presa alcanzó su máxima producción de energía, que entonces se producía la mitad de la electricidad de Egipto (y otro 15% en 1998) y se dejó para conectar aldeas, la mayoría de egipcios a la red por primera vez. Los efectos de las inundaciones peligrosas de 1964 y 1973 y la sequía amenazadora la 1972-73 y 1983-84 pudieron ser mitigados. Una nueva industria relacionada con la pesca se crea alrededor del lago Nasser, a pesar de su lejanía de los mercados, han enido algunos problemas.
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Aspectos positivos de la construcción de la presa de Asuán. El país de los suministros de agua. Las inundaciones del Nilo están reguladas y esto permite un sistema de riego durante todo el año (y por tanto la intensificación de la agricultura, lo que conduce finalmente a mayores rendimientos) y navegación mejorada.
La represa provee electricidad a todo el país. Los problemas ambientales relacionados con la construcción de la presa de Asuán: Al parecer, varios problemas han surgido en los años transcurridos desde la construcción de la presa: Los templos de Abu Simbel del faraón Ramsés II han sido desplazados en la década de 1960 en las orillas del lago Nasser para evitar ser inundados por las aguas de la presa de Asuán. Un gusano llamado grupo de la esquistosomiasis acoelomates (esquistosomiasis: pruebas de Theodore Bilharz) se asienta en aguas estancadas y causa diferentes enfermedades (órganos parásitos - los riñones, el hígado vejiga, el bazo causando sangrado). La erosión y el aporte de sedimentos está más equilibrado, se ve en cambio de los datos geológicos del delta del Nilo. El Nilo fluye más rápido que antes y erosiona su lecho de 1,7 cm por año. El agua salada penetra más en la tierra cerca del delta, y sube el nivel freático limo fertilización es retenida por la presa, provocando su sedimentación y el uso de fertilizantes químicos a los agricultores. El caudal del Nilo es bajo, hay más inconvenientes actuales en la desembocadura 29
del Canal de Suez, que en el intercambio de agua restringido y fauna entre el Mediterráneo y el Mar Rojo. La aparición de nuevas especies invasoras a través del Canal de Suez para unirse a las del Mediterráneo ha aumentado considerablemente desde la construcción de la presa. Los agricultores prestan cada vez menos atención a las cantidades de agua que utilizan y esto podría ser peligroso para el futuro de Egipto. Imagen N°27.
Imagen N°28.
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6.5.Presa de la 3 Gargantas. La Presa de las Tres Gargantas del Yangtze es el mayor proyecto de desarrollo de energía hidroeléctrica construido mundialmente hasta la fecha. Es la clave para el desarrollo y el aprovechamiento del río Yangtze. Una vez la construcción del proyecto haya finalizado en 2009, los niveles de agua del río ascenderán 175 metros y más de un millón de personas en 116 ciudades habrán sido reasentados. Los beneficios de este monumental proyecto serán principalmente en las áreas de: - Control de inundaciones - Generación de energía, y - Mejoras en la navegación del río Yangtze
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El Proyecto de la Presa de las Tres Gargantas incluye: La Presa Dos Plantas de Energía Las Instalaciones de Navegación La Presa de las Tres Gargantas es el principal productor de energía hidroeléctrica en el mundo. La estructura de la presa se terminó en 2006. Las plantas de energía tienen un total de 32 generadores que ya están en funcionamiento. La última turbina fue instalada en 2012. Los 32 generadores tendrán una capacidad de generación de energía de 22.500 megavatios. Para darte una idea de la magnitud de este proyecto, la Presa Hoover, una famosa presa en los Estados Unidos, en comparación tiene una capacidad de 1.345 megavatios. Imagen N°29.
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6.6.Presa de Tucurui La planta hidroeléctrica, Tucuruí, en la Amazonia brasileña, fue construida como una expresión de la ideología que caracterizó los principales proyectos de desarrollo del gobierno, entre los años de 1960 y 1970, período de la modernización conservadora brasileña. La presa, en el Río Tocantins, inundó una zona de selva formando un gran lago que se plantean más de mil islas de diferentes tamaños. A partir de 1986 las islas fueron ocupadas por los residentes de Tucuruí y de las ciudades ubicadas aguas abajo de la presa y de la población desplazada de sus tierras de acuerdo con la construcción de la central hidroeléctrica. Inaugurada en 1984 con 12 turbinas, la hidroeléctrica de Tucuruí, ubicada en el sur del estado de Pará, pasa por obras de expansión tendientes a contar con 23 unidades generadoras en 2006. Para adecuarse a la actual legislación ambiental, mucho más severa que la de comienzos de los años 1980. Imagen N°30.
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Imagen N°31.
6.7.Grandes obras hidráulicas en Perú El riego en el Perú ha sido y sigue siendo un factor determinante en el incremento de la seguridad alimentaria, el crecimiento agrícola y productivo, y el desarrollo humano en las zonas rurales del país. Los recursos hídricos y la infraestructura hidráulica para riego están distribuidos de manera desigual por el país, lo que crea realidades muy diferentes. El Gobierno peruano está llevando a cabo varios programas que tienen como objetivo hacer frente a los desafíos clave del sector riego, incluyendo: el deterioro de la calidad del agua, poca eficiencia de los sistemas de riego y drenaje, marcos institucionales y jurídicos débiles, costes de operación y mantenimiento por encima de la recaudación tarifaria, vulnerabilidad frente a la variabilidad y cambio climático, incluidas condiciones climáticas extremas y retroceso de los glaciares. Los proyectos de irrigación, normalmente, su financiamiento requiere de condiciones crediticias asociadas al potencial que se desarrollará. En general, estas inversiones son rentables económica y socialmente, cuando su diseño ha contemplado un abanico de factores. Existen grandes, medianos y pequeños proyectos de irrigación.
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Imagen N°32.
CANAL MADRE- PROYECTO ESPECIAL CHAVIMOCHIC Las inversiones en los principales proyectos de infraestructura riego del sector agrario tienen, básicamente, tres componentes: a) las inversiones relacionadas a la incorporación de tierras agrícolas. b) las inversiones relacionadas al mejoramiento del riego. c) las inversiones relacionadas a la generación de energía eléctrica. Con estos proyectos de irrigación, se logran regar terrenos que son capaces de ser rentables y sostenibles en la actividad agraria, involucrando aspectos sociales, políticos y económicos. Los sistemas de riego en estos proyectos son la infraestructura que hace que grandes áreas peruanas puedan ser cultivadas con la aplicación del agua necesaria. Esta infraestructura lo constituye:
Obras de cabecera: Presa de regulación (Embalses o reservorios). Presa de derivación (Bocatoma). Estación de bombeo (pozos). Obras de conducción: Desarenador. Canales de Conducción. 34
Los proyectos de irrigación peruanos, de los que ya hay varios ejemplos, se van materializando y los potenciales inversores pueden optar a miles de hectáreas de tierra agrícola con acceso al agua asegurado y clima excepcional. En lo inmediato, antes de fin de año deberían entrar en producción la mayor parte de las 38.000 hectáreas del proyecto de Irrigación Olmos lo que disparará el potencial agrícola de la zona norte del país. Olmos es la punta de lanza de la nueva política del gobierno peruano para repotenciar su sector agroexportador. Se espera que a finales del 2014, las obras de distribución de agua de Olmos estén totalmente concluidas y las aproximadamente 20 empresas que adquirieron terrenos en el valle de Olmos, ubicado en la región norteña de Lambayeque, puedan empezar a cultivar. En este proyecto las empresas que compraron tierras reciben el agua presurizada en las puertas de los predios. La idea de un transvase de las aguas del río Huancabamba -río de la cuenca del atlántico ubicado en la sierra de Piura- para irrigar las tierras eriazas del valle de Olmos surgió en la década de 1950. Sin embargo, las obras recién se iniciaron en 2010 luego de que el gobierno peruano firmara un contrato de concesión por 25 años con H2Olmos, una subsidiaria del grupo Odebretch (la compañía brasilera es una de las más grandes empresas constructoras del mundo). Imagen N°33.
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La reciente visita de una misión de la CAF (Banco de Desarrollo de América Latina) comprobó que las obras de infraestructura de riego presentan actualmente un avance del 90%. Por lo que las 38.000 nuevas hectáreas bajo riego ya estarían en condiciones de producir, al igual que las 5.500 hectáreas del valle que ya eran cultivadas por agricultores locales. El gerente de H2Olmos, Alfonso Pinillos, informó que varias de las empresas ya están realizando trabajos de nivelación y acondicionamiento de sus lotes (de entre 1.000 y 250 hectáreas) para que, ni bien empiecen a recibir agua -entre fines de octubre e inicios de noviembre, según los estimados de H2Olmospuedan instalar sus cultivos. “Ya hay empresas que están entrando a la etapa de diseño e instalación de los sistemas de riego mecanizados”, señaló Pinillos.
Se espera las primeras cosechas para finales del 2015 y que el proyecto alcance su peak productivo dentro de 5 años. Los principales cultivos serán, se estima, variedades seedless de uva de mesa, palta, cítricos y caña de azúcar para biocombustible. Algunas empresas extranjeras (o no peruanas) que compraron tierras son Mission Produce, el principal comercializador de paltas en el mundo, que forma parte de Inversiones Agrícola Olmos y cuenta con 2.000 ha en el proyecto. También está Damper, empresa de capitales daneses que ya ha comprado 1.000 ha. Hasta principios de junio quedaban 5 lotes de 1.000 ha y tres de 250 ha y habían empresas interesadas de Colombia, Ecuador, Chile. El precio por hectárea es de US$6.500. Imagen N°34.
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EL PROYECTO MÁS GRANDE DEL SIGLO XXI Con una inversión que roza los US$650 millones, Chavimochic es el proyecto de irrigación más ambicioso del Perú. Sus primeras dos etapas fueron concluidas en el 2012 y sirvieron para aprovechar el caudal del río Santa – uno de los más regulares de la costa – en la generación de energía eléctrica y agua potable para la región de La Libertad, ubicada a 550 kilómetros al norte de Lima. Hoy, a punto de iniciar su tercera etapa netamente productiva, se estima que una vez concluido el proyecto, el país contará con 63.000 ha de nuevas tierras irrigadas para la agroexportación y con 48.000 ha mejoradas de zonas agrícolas pre existentes. Las tierras que regará Chavimochic en el valle de Chicama tienen la ventaja de encontrarse a menos de 10 km del puerto de Salaverry, uno de los más importantes del país y con capacidad para recibir buques de hasta 25.000 t. LA AGRICULTURA DEL SUR TAMBIÉN SE RECARGA Pese al retraso de las obras, el gobierno peruano anunció que los trabajos de la segunda etapa del proyecto Majes - Siguas II, que ampliará la frontera agrícola de la región de Arequipa, se iniciarán a fines de agosto de este año. Este proyecto -que tuvo su origen en 1971- planea aprovechar las aguas del altoandino río Apurímac en las pampas de Siguas y, así, aportar 38.500 ha de nuevas tierras irrigadas. Se espera que antes del 2021 los proyectos de Chavimochic y Majes - Siguas, al igual que algunos proyectos de menor escala como el del Alto Piura, en el norte del país, estén concluidos y el Perú cuente con cerca de 300.000 ha regadas, antes de secano, para la producción agrícola. 7. CONCLUSIONES
La Mecánica de Fluidos tiene aplicaciones diversas en la ingeniería hidráulica y aporta con los principios de la hidrodinámica, dinámica y cinemática de los fluidos en el momento de realizar los cálculos para diseñar la edificación. Las turbo maquinas (bomba) se emplean para transportar fluidos a grandes distancias o bien para generar energía eléctrica con las turbinas. El riego en el Perú ha sido y sigue siendo un factor determinante en el incremento de la seguridad alimentaria, el crecimiento agrícola y productivo, y el desarrollo humano en las zonas rurales del país. Los recursos hídricos y la 37
infraestructura hidráulica para riego están distribuidos de manera desigual por el país, lo que crea realidades muy diferentes.
Este tipo de redes constituyen un problema muy complejo con innumerables soluciones. Por ello se ha intentado en todo momento crear una herramienta capaz de dotar al lector con los conocimientos necesarios para analizar, diseñar y calcular eficazmente una red hidráulica. Con esta herramienta y manual, no se ha pretendido dotar al lector con un método para resolver un problema cerrado, sino más bien dar indicaciones, directrices y procedimientos para que el usuario final tenga un criterio concreto para un correcto diseño y dimensionado de una red.
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