Construcción de Modelos Hidráulicos
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CONSTRUCCIÓN DE MODELOS HIDRÁULICOS. Curso de Actividades : V ciclo- Sección B de la Facultad de Ingeniería Civil. Docente: Ing. Tomás E. Cabello Carrillo. E-mail: [email protected]
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CONSTRUCCIÓN DE MODELOS HIDRÁULICOS.
Curso de Actividades :V ciclo- Sección B de la Facultad de Ingeniería Civil.
Docente: Ing. Tomás E. Cabello Carrillo.
E-mail:
SISTEMAS HIDRAULICOS PRE-INCAS E INCAS.
DENTRO DE LA RAMA DE LA FÍSICA ENCONTRAMOS LA HIDRÁULICA, QUE ES LA CIENCIA QUE ESTUDIA EL COMPORTAMIENTO DE LOS FLUIDOS EN FUNCIÓN DE SUS PROPIEDADES ESPECÍFICAS. ES DECIR, ESTUDIA LAS PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS LÍQUIDOS DEPENDIENDO DE LAS FUERZAS A QUE PUEDEN SER SOMETIDOS. LAS PROPIEDADES ESPECÍFICAS DE LOS FLUIDOS SON:
- CARENCIA DE FORMA PROPIA; LO MISMO QUE LOS GASES, LOS LÍQUIDOS ADQUIEREN LA FORMA DEL RECIPIENTE QUE LOS CONTIENE Y EL TRABAJO EXIGIDO PARA TAL MENESTER ES MUY PEQUEÑO.
- INCOMPRESIBILIDAD; CONTRARIAMENTE A LOS GASES, LOS LÍQUIDOS SON PRÁCTICAMENTE INCOMPRESIBLES, POR LO QUE UNA PEQUEÑA VARIACIÓN DE VOLUMEN PRODUCE UN NOTABLE SALTO DE PRESIÓN.
DEFINICION DE HIDRAULICA.
EL PRINCIPIO DE PASCAL O LEY DE PASCAL: ES UNA DE LAS LEYES BÁSICAS DE LA HIDRÁULICA. SEGÚN ESTE PRINCIPIO TENEMOS QUE:"LA PRESIÓN EJERCIDA POR UN FLUIDO INCOMPRENSIBLE Y EN EQUILIBRIO DENTRO DE UN RECIPIENTE DE PAREDES INDEFORMABLES SE TRANSMITE CON IGUAL INTENSIDAD EN TODAS LAS DIRECCIONES Y EN TODOS LOS PUNTOS DEL FLUIDO."
Planeación y Construcción de un Modelo Hidráulico.
El modelo hidráulico es una ayuda importante para el diseño de las obras hidráulicas difíciles de analizar por medio de un modelo matemático, siempre y cuando el diseño de un modelo reducido sea correcto, este bien operado y los resultados sean interpretados consentido crítico.
El objetivo final de una investigación en un modelo hidráulico es mejorar las situaciones desfavorables existentes en el prototipo (la estructura hidráulica al tamaño natural), o ayudar en el diseño de obras hidráulicas para encontrar una solución, sin riesgos de fallas completas o parciales, de las obras que se van a construir.
FACULTAS DE INGENIERIA CIVIL - UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA.
MODELACIÓN HIDRÁULICA.
Muchos de los fenómenos que ocurren en la naturaleza y dentro del campo de la hidráulica son tan complejos que no es fácil tratarlos únicamente con métodos matemáticos. Por lo anterior es conveniente recurrir al empleo de técnicas experimentales, como herramienta en la obtención de soluciones prácticas, aplicadas a problemas de ingeniería y obras hidráulicas en general.
Los métodos matemáticos plantean soluciones con modelos matemáticos idealizados, lo que permite simplificaciones importantes, que a su vez causan efectos que deben ser valorados mediante ensayos experimentales, a través de modelos físicos a escala reducida o de tipo analógico.
En hidráulica, el término modelo corresponde a un sistema que simula un objeto real llamado prototipo, mediante la entrada de cierta información se procesa y se presenta adecuada para emplearse en el diseño y operación de obras de ingeniería civil. Un modelo físico a escala reducida es una representación a escala del objeto real o prototipo, y cumple ciertas condiciones matemáticas definidas.
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MODELOS MATEMÁTICOS.
El conjunto de hipótesis y relaciones de las variables que describen un fenómeno, constituyen un modelo matemático (ecuaciones), que conduce a un problema matemático que es necesario resolver mediante apropiadas técnicas.
La precisión de los modelos matemáticos está íntimamente ligada a su costo de explotación, por lo que deben tomarse en cuenta los siguientes factores: exactitud de los datos iniciales, tipo de fenómeno a estudiar, exactitud de las ecuaciones que rigen el fenómeno, forma de aproximar las ecuaciones y evolución del modelo.
MODELOS ANÁLOGOS.
Dos fenómenos físicos de diferente naturaleza se llaman analógicos si las ecuaciones que los describen se expresan con formas matemáticas idénticas, aun cuando los símbolos de cada una de ella tengan significado diferente. Es común que uno de los dos fenómenos sea de menor dificultad, por lo que éste se emplea para resolver el otro. Lo anterior ofrece una posibilidad de resolver problemas hidráulicos a base de mediciones hechas sobre un fenómeno análogo, siendo los más comunes:
· Analogía entre un flujo a través de medios permeables y flujo laminar en capas delgadas.
· Analogía entre flujo laminar y flujo turbulento.
· Analogía entre un flujo a través de medios permeables y la deformación de una placa elástica bajo carga.
· Analogía eléctrica y otros fenómenos físicos (como hidráulicos, mecánicos, etc.).
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MODELOS FÍSICOS REDUCIDOS.
El uso de modelos físicos a escala reducida, llamados simplemente modelos hidráulicos, implica que éstos deben ser semejantes al prototipo, para lo cual debe satisfacerse las leyes de similitud Geométrica, Cinemática y Dinámica, que en conjunto relacionan magnitudes físicas homólogas definidas entre ambos sistemas.
Cuando se va a realizar una comparación con respecto a la similitud geométrica se definen puntos homólogos sobre los cuales se definen magnitudes tales como velocidad, presión, etc.; de igual manera se definen lados, superficies y volúmenes homólogos. La similitud geométrica implica una relación constante para cualquier longitud L, esta relación es denominada escala de líneas de longitudes.
En el diseño de estructura hidráulicas comunes se ha determinado cuales son los factores típicos que gobiernan su comportamiento y por lo tanto su modelación y diseño. A continuación se presentan algunos ejemplos:
TIPO DE ESTRUCTURA DE DISEÑO TÍPICOS
1. ESTRUCTURAS DE CONTROL
a. Tomas.
b. Muros de Contención.
c. Compuertas.
d. Ataguías.
e. Divisorias de Aguas.
2. CONDUCCIÓN
a. Vertederos.
b. Canales.
c. Túneles.
3. DISIPADORES DE ENERGÍA
a. Ampliaciones Abruptas.
b. Difusores.
c. Pantallas.
