TRABAJO DE INVESTIGACION 01 de Febrero del 2016UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNAFacultad de IngenieríaEscuela Profesional de Ingeniería Civil

TRABAJO DE INVESTIGACION“TEORIA DE REGIMEN DEL AGUA Y DEFENSA RIBEREÑA CON GAVIONES”CURSO : IRRIGACIONESDOCENTE : ING. FERMIN GARNICA TELLOINTEGRANTE : GERSON GÁLVEZ CARI

TRABAJO DE INVESTIGACION 01 de Febrero del 2016

FECHA DE ENTREGA DEL TRABAJO: 01/02/2016

INDICE

1. INTRODUCCION2. OBJETIVOS3. MARCO TEORICO4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES5. BIBLIOGRAFIA6. ANEXOS

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1. INTRODUCCION

El siguiente trabajo tiene como finalidad comprender la importancia del

estudio de la teoría de régimen y la defensa ribereña de gaviones, para lo

cual es necesario realizar un recorrido por distintas nociones de esta

disciplina, con el fin de acercarnos un poco a su naturaleza.

Posteriormente, analizaremos que es lo que cuenta la historia; fechas,

hechos, o procesos, dado que este debate que se ha sostenido durante

siglos en la humanidad, nosotras no pretendemos llegar a una respuesta

absoluta, sino que entregar algunos elementos que permitan al lector

profundizar en el tema y obtener sus propias conclusiones. A continuación,

realizaremos una apreciación más profunda del sentido de estos temas,

para poder dar algunas conclusiones sobre lo investigado.

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2. OBJETIVOS

Dar a conocer como es que se comporta el agua mediante la teoría

del régimen del agua.

Analizar la construcción de un muro de defensa usando gaviones.

Dar conceptos claves sobre estos temas que ayuden a fortalecer el

conocimiento del alumno.

Determinar los parámetros básicos de un cauce estable mediante la

teoría del régimen del agua.

Explicar como es que estos gaviones ayudan a detener el desborde

de los ríos.

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3. MARCO TEORICO3.1. Teoría de régimen del agua

Esta teoría tiene sus inicios en 1895, cuando Kennedy, para diseñar una red de canales no revestidos observó y midió las dimensiones de canales que ya habían estado en operación durante años, y por lo tanto su sección se había ajustado a unas dimensiones estables en función de los caudales que transportaban, tanto líquidos como de sedimentos.

Gran importancia tuvieron un número elevado de observaciones de las características de canales de riego en la India, principalmente en las planicies de los ríos Indo y Ganges.

Los canales estudiados en la India cumplen en general con los siguientes condiciones: El material de fondo y orillas consiste en arena fina, limo o arcilla. Además el transporte de sedimentos del fondo es menor a 500 ppm, y a la entrada de los canales se procura que no entren sedimentos. Sin embargo, datos obtenidos en canales que no cumplen estas condiciones también han sido utilizados, y asimismo, otros autores han añadido datos tomados de ríos.

Al igual que en otros fenómenos estudiados por la hidráulica fluvial, en la teoría de régimen existen dos problemas que deben considerarse, el primero consiste en que debido al carácter eminentemente empírico de los métodos propuestos se llega a resultados diferentes, y solo la experiencia del investigador puede ayudar a descartar resultados absurdos. Sin embargo conviene señalar que la aplicación de los diferentes métodos basados en la teoría de régimen, al diseñar un canal, en muchas ocasiones se obtienen valores que, aunque distintos, no difieren entre sí en más del 15%, lo cual es muy razonable en estos problemas.

El segundo problema consiste en que los diferentes autores utilizan diferentes parámetros geométricos para definir la sección transversal de un canal. Así algunos hacen intervenir en sus ecuaciones el perímetro mojado y el radio hidráulico, mientras que otros prefieren el ancho de la superficie y el tirante medio, y algunos más el ancho medio y el tirante del canal. Por tanto, el área de la sección puede expresarse por alguna de las siguientes relaciones:

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De las primeras observaciones efectuadas en 22 canales de riego del sistema Alto Bari Doab, Kennedy determinó que la velocidad media era función del tirante y con esa relación dimensionó futuros canales. La relación que encontró es:

Donde:

Kennedy al igual que otros investigadores comprobaron que el exponente y el coeficiente de la ecuación variaba para canales de otras regiones. Por lo tanto la ecuación se transformó en la siguiente:

Donde:

El término "régimen" fue introducido por Lindley en 1919, quién definió que un canal está en régimen cuando su sección y pendiente están en equilibrio con el caudal transportado, de tal manera que cualquier aumento o disminución de él, hacen que el ancho y el tirante se modifiquen en función de esos valores. Con ello, observó, al finalizar el período anual, que las secciones y pendientes prácticamente permanecían constantes.

Después de la fórmula propuesta por Kennedy, numerosos autores han propuesto otras relaciones también empíricas, que tratan de relacionar la geometría de la sección y la pendiente del canal con el caudal líquido y las características del material del fondo y paredes.

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3.1.1. Aplicabilidad de la teoría de régimen

La teoría de régimen es aplicable con material cohesivo y arenoso. Como la mayoría de los datos adquiridos para la obtención de las fórmulas de estos métodos han sido tomadas en canales con fondo y orillas cohesivas, tienen una gran utilidad para el diseño de canales formados con ese material. Por otra parte, el transporte de material sólido en suspensión, en la mayoría de los canales observados, fue menor a 500 ppm.

Los tramos de ríos con ese tipo de material se encuentran en las planicies.

3.1.2. Régimen Laminar y Régimen Turbulento

Hemos estudiado el comportamiento de un fluido perfecto (ecuación de Bernoulli) y el comportamiento de un fluido viscoso en régimen laminar (ecuación de Poiseuille). Sin embargo, no existe una teoría análoga que describa el comportamiento de los fluidos en régimen turbulento, o que explique la transición de régimen laminar a turbulento.

El objetivo de estas página es la de familiarizar al lector con el denominado número de Reynolds, y la importancia que tiene a la hora de definir si un determinado fluido está en régimen laminar, turbulento, o en la transición entre ambos regímenes.

Podremos observar que los resultados experimentales se ajustan notablemente a las predicciones del flujo laminar para valores bajos del número de Reynolds R, hasta aproximadamente 3000, y se ajustan a las predicciones del flujo turbulento para valores de R mayores que 4400 aproximadamente. Mientras que los valores intermedios de R cubren una amplia región en la que se produce la transición de flujo y ninguna de las dos teorías reproduce satisfactoriamente los resultados experimentales.

El número de Reynolds es el número adimensional

Donde D es el diámetro del tubo, r la densidad del fluido, y h la viscosidad, y v su velocidad.Para fluidos no ideales la ecuación de Bernoulli toma la forma:

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donde el término H se denomina "pérdida de carga". Si el fluido es ideal H=0.

Cuando un fluido circula por una tubería lo puede hacer en régimen laminar o en régimen turbulento. La diferencia entre estos dos regímenes se encuentra en el comportamiento de las partículas fluidas, que a su vez depende del balance entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas o de rozamiento.

Como se verá posteriormente, el número de Reynolds es el parámetro que expresa la relación entre las fuerzas de inercia y las viscosas en el interior de una corriente, por lo que el régimen hidráulico va a depender de su valor.

3.1.2.1. Fluido en régimen laminarEs uno de los dos tipos principales de flujo en fluido. Se llama flujo laminar o corriente laminar, al movimiento de un fluido cuando éste es ordenado, estratificado, suave. En un flujo laminar el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse y cada partícula de fluido sigue una trayectoria suave, llamada línea de corriente. En flujos laminares el mecanismo de transporte lateral es exclusivamente molecular. Se puede presentar en las duchas eléctricas vemos que tienen lineas paralelas.

Las partículas del líquido se mueven siempre a lo largo de trayectorias uniformes, en capas o láminas, con el mismo sentido, dirección y magnitud. Suele presentarse en los extremos finales de los laterales de riego y en microtubos de riego.

En tuberías de sección circular, si hacemos un corte transversal, las capas de igual velocidad se disponen de forma concéntrica, con v > 0 junto a las paredes de la tubería y velocidad máxima en el centro.

Corresponde el régimen laminar a bajos valores del número de Reynolds y suele darse a pequeñas velocidades, en tubos con pequeño diámetro y con fluidos muy viscosos (aceites). En estas condiciones, las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia.

El flujo laminar es típico de fluidos a velocidades bajas o viscosidades altas, mientras fluidos de viscosidad baja, velocidad alta o grandes caudales

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suelen ser turbulentos. El número de Reynolds es un parámetro adimensional importante en las ecuaciones que describen en que condiciones el flujo será laminar o turbulento. En el caso de fluido que se mueve en un tubo de sección circular, el flujo persistente será laminar por debajo de un número de Reynolds crítico de aproximadamente 2040.1 Para números de Reynolds más altos el flujo turbulento puede sostenerse de forma indefinida. Sin embargo, el número de Reynolds que delimita flujo turbulento y laminar depende de la geometría del sistema y además la transición de flujo laminar a turbulento es en general sensible a ruido e imperfecciones en el sistema.2

El perfil laminar de velocidades en una tubería tiene forma de una parábola, donde la velocidad máxima se encuentra en el eje del tubo y la velocidad es igual a cero en la pared del tubo. En este caso, la pérdida de energía es proporcional a la velocidad media, mucho menor que en el caso de flujo turbulento.

A la diferencia de presión p1-p2 en los extremos del tubo horizontal dividida entre la densidad r del fluido, se le denomina pérdida de carga HL en el flujo laminar

Siendo L y D la longitud y el diámetro del tubo horizontal y h la viscosidad del fluido.

La ecuación (2) teniendo en cuanta las expresiones de las pérdidas de carga HL en el flujo laminar y las pérdidas Hl debidas a la entrada y salida del fluido por el tubo horizontal, se expresa:

Ejemplo:

Para el agua a 20ºC los datos son r=1000 kg/m3 y h=1.002·10-3 kg/(ms)

Volvemos al ejemplo del apartado anterior. Supongamos que utilizamos el primer tubo, L=29.3 cm y D=2r=2.42 mm, y que la altura h=30 cm

Resolvemos la ecuación de segundo grado para calcular v, tomando la raíz positiva v=0.988 m/s. El caudal es G=πr2v=4.5 litros/s

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El número de Reynolds vale:

3.1.2.2. Fluido en régimen turbulentoLas partículas se mueven siguiendo trayectorias erráticas, desordenadas, con formación de torbellinos. Cuando aumenta la velocidad del flujo, y por tanto el número de Reynolds, la tendencia al desorden crece. Ninguna capa de fluido avanza más rápido que las demás, y sólo existe un fuerte gradiente de velocidad en las proximidades de las paredes de la tubería, ya que las partículas en contacto con la pared han de tener forzosamente velocidad nula.

En mecánica de fluidos, se llama flujo turbulento o corriente turbulenta al movimiento de un fluido que se da en forma caótica, en que las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos periódicos, (no coordinados) como por ejemplo el agua en un canal de gran pendiente. Debido a esto, la trayectoria de una partícula se puede predecir hasta una cierta escala, a partir de la cual la trayectoria de la misma es impredecible, más precisamente caótica.En este caso, se emplea la fórmula empírica de Blasius válida para tubos lisos y para valores del número de Reynolds hasta 105.

Expresaremos HL en términos de las variables básicas en vez del número de Reynolds R. Las pérdidas Hl debidas a la entrada y salida del fluido por el tubo horizontal tienen la misma expresión en el régimen laminar y en el turbulento

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La ecuación (2) se escribe:

Se resuelve mediante el procedimiento numérico del punto medio.

El paso de régimen laminar a turbulento no se produce de manera instantánea. Cuando se trabaja en régimen laminar, a velocidades bajas, y se fuerza al fluido para que adquiera mayor velocidad, comienzan a aparecer ondulaciones (régimen crítico), y de persistir este aumento llevará al fluido a alcanzar el régimen turbulento. Así, un filete de colorante inyectado en una corriente laminar sigue una trayectoria bien definida. Si aumentamos la velocidad, el filete comenzará a difundirse hasta terminar coloreando toda la corriente (régimen turbulento).

En el movimiento de un fluido a través de una conducción se comprueba, dependiendo de la viscosidad del fluido y del diámetro del tubo, que en cada caso existe una velocidad crítica por debajo de la cual el régimen laminar es estable. Para velocidades superiores a la velocidad crítica este régimen es inestable y pasa a turbulento ante cualquier vibración.

Dentro del régimen turbulento se pueden encontrar tres zonas diferentes:

Régimen turbulento liso: las pérdidas que se producen no dependen de la rugosidad interior del tubo. Se presenta para valores del número de Reynolds bajos por encima de 4000.

Régimen turbulento de transición: las pérdidas dependen de la rugosidad del material del tubo y de las fuerzas de viscosidad. Se da para números de Reynolds altos, y depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.

Régimen turbulento rugoso: Las pérdidas de carga son independientes del número de Reynolds y dependen sólo de la rugosidad del material. Se da para valores muy elevados del número de Reynolds.

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3.2. Defensa ribereña con gaviones

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES5. BIBLIOGRAFIA6. ANEXOS

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